一种基于随机相移电栅的随机光纤激光器的制作方法

1.本发明属于光纤通信和光电子技术领域，特别是一种基于随机相移电栅的随机光纤激光器。


背景技术：

2.随机激光器是激光领域内一种具有新的反馈特性的分支，其新颖性在于去除了传统激光器中光学谐振腔，在介质中存在足够增益的基础上，利用无序介质中的多重散射来实现激光的激射。光纤随机激光器与传统激光器相比，具有相位噪声低、稳定性好、可靠性高等突出优点，可望成为新一代的光纤激光器，应用于光通信、光传感、无散射斑成像以及高功率激光源等领域。随机激光器目前主要包括填充型光纤随机激光器，光栅型随机激光器、单模光纤型随机激光器。上述激光器采用光学材料作为随机反馈介质，激光器输出效率和功率一般很低，且输出多为相干随机激光，存在较强的模式竞争，输出激光光谱和强度较不稳定，极大影响了其在传感、成像等方面的应用。


技术实现要素：

3.基于此，本发明目的在于提供一种基于随机相移电栅的随机光纤激光器，拟在同轴电缆上刻写随机相移电栅作为新的散射介质，通过随机相移电栅产生随机微波信号，再将随机信号加至电光调制器对激光器内的光强、相位等参数进行调控，主要研究相移电栅的各参数对随机信号时域和频域特性的影响；研究激光器内光纤色散系数、非线性特性、偏振态、输入随机微波信号等参数对随机脉冲脉宽、形状以及频谱特性的影响。
4.本发明的技术方案：
5.一种基于随机相移电栅的随机光纤激光器，由掺铒光纤放大器、偏振控制器、电光调制器、微波环形器、光隔离器、可饱和吸收体、光滤波器、10:90光耦合器、微波隔离器、随机相移电栅和宽带微波源组成。其中电光调制器由a、b、c三个端口组成，a口为电光调制器的光输入端，b口为电光调制器的输出端，c口为调制信号输入端，微波环形器由d、e、f三个端口组成，d、e、f三个端口分别对应微波环形器第一端口、第二端口和第三端口，10:90光耦合器由g、h、i三个端口组成，g为10:90耦合器的10％端口，h为10:90耦合器90％端口，i为10:90耦合器的公共端口，所述三端口元件，在连接构成激光器时，端口不可互换，其余器件均由两个端口组成；所述掺铒光纤放大器的输出端与可饱和吸收体的一端相连，可饱和吸收体的另一端与光隔离器的一端相连接光隔离器的另一端与电光调制器的光输入端口相连，电光调制器的输出端口与光滤波器相连接，光滤波器的另一端与10:90耦合器的公共端口连接，10:90耦合器的90％端口与偏振控制器的一端相连，偏振控制器的另一端掺铒光纤放大器的输入端口相连，电光调制器的调制信号输入端口与微波环形器的第三端口相连，微波环形器的第二端口与随机相移电栅中的一端相连，微波环形器的第一端口与微波隔离器的输出端口相连，微波隔离器的输入端口与宽带微波源的输出端口相连，微波隔离器确保微波单向传输。10:90光耦合器的10％端口作为光纤激光器的输出端口。随机相移电栅由
阻抗不连续点、外包层、外层导体、内包层和内层导体组成，随机相移电栅是在同轴电缆上通过机械加工获得阻抗不连续点，随机相移电栅与微波环形器的第二端口通过同轴电缆相连接。
6.本发明的工作原理：
7.基于随机相移电栅随机光纤激光器结构中随机激光的产生原理如下：掺铒光纤放大器作为自发辐射源并为激光器提供增益，偏振控制器用来调节腔内偏振态，光隔离器3保证光波在环形腔内单向运转，宽带微波源产生的微波信号首先进入微波环形器d端口，有微波环形器e端口进入随机相移电栅，经过随机相移电栅反射后产生随机微波信号，之后再次由e端口进入，f端口输出，作为调制器4的调制信号，微波隔离器9确保随机微波信号单向传输，激光器结构中的可饱和吸收体2和光滤波器5分别为随机激光器的时域和频域调控器件，对随机激光进行调控，10:90光耦合器6的g端口作为光纤激光器的输出端口，而h端口的光进入激光器重新振荡。
8.本发明的优点和有益效果是：
9.1、本发明基于同轴电缆随机相移电栅通过机械加工的方式即可实现，工艺上简单，参数受环境因素影响较小。
10.2、本发明利用随机相移电栅反射的调控信号，可以解决随机激光器内光散射介质损耗过大和方向性差的问题。
附图说明
11.图1为本发明的基于随机相移电栅的随机光纤激光器结构示意图；
12.图2为随机相移电栅的结构侧视图；
13.图3为随机相移电栅的结构剖面图；
14.图4为随机相移电栅的透射谱；
15.图5为随机激光器的光谱；
16.图6为随机激光器的脉冲序列。
17.图中：1、掺铒光纤放大器，2、可饱和吸收体，3、光隔离器，4、电光调制器，5、光滤波器，6、10:90光耦合器，7、偏振控制器，8、宽带微波源，9、微波隔离器，10、微波环形器，11、随机相移电栅；图中实线部分为光纤连接，虚线为同轴线连接；其中随机相移电栅11由111、阻抗不连续点，112、外包层，113、外层导体，114、内包层，115、内层导体组成。
具体实施方式
18.如图1所示，一种基于随机相移电栅的随机光纤激光器，由掺铒光纤放大器1、可饱和吸收体2、光隔离器3、电光调制器4、光滤波器5、10:90光耦合器6、偏振控制器7、宽带微波源8、微波隔离器9、微波环形器10、随机相移电栅11组成；其中随机相移电栅11由阻抗不连续点111、外包层112、外层导体113、内包层114、内层导体115组成；掺铒光纤放大器1的输出端与可饱和吸收体2的一端相连，可饱和吸收体2的另一端与光隔离器3的输入端口相连接，光隔离器3的输出端口与电光调制器4的光输入端口相连，电光调制器4的光输出端口与光滤波器5的输入端口相连，光滤波器5的输出端口与10:90光耦合器6的公共端口相连接，10:90光耦合器6的90％端口与偏振控制器7的输入端口相连，偏振控制器7的输出端口与掺铒
光纤放大器1的输入端相连接；电光调制器4的微波输入端口与微波环形器10的第三端口相连，宽带微波源8的输出端口与微波隔离器9的输入端口相连，微波隔离器9的输出端口与微波环形器10的第一端口相连，微波环形器10的第二端口与随机相移电栅11的一个端口相连，10:90光耦合器6的10％端口作为光纤激光器的输出端口。
19.所述随机相移电栅11如图2和图3所示，由阻抗不连续点111、外包层112、外层导体113、内包层114、内层导体115，随机相移电栅11是在同轴电缆上通过机械加工获得阻抗不连续点111获得，随机相移电栅11与微波环形器10的第三端口通过同轴电缆相连接。
20.所述可饱和吸收体2包括：石墨烯或黑磷等二维材料、半导体可饱和吸收镜、未泵浦的掺稀土光纤。
21.所述光滤波器包括：光纤m-z滤波器、光纤f-p滤波器、光纤sagnac滤波器、光纤lyot滤波器等其组合结构。
22.以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。


技术特征：
1.一种基于随机相移电栅的随机光纤激光器，其特征是，包括掺铒光纤放大器(1)、可饱和吸收体(2)、光隔离器(3)、电光调制器(4)、光滤波器(5)、10:90光耦合器(6)、偏振控制器(7)、宽带微波源(8)、微波隔离器(9)、微波环形器(10)和随机相移电栅(11)；其中电光调制器(4)、10:90光耦合器(6)和微波环形器(10)为三端口元件，所述三端口元件在连接构成激光器时，端口不可互换，其余器件均由两个端口组成；所述掺铒光纤放大器(1)的输出端与可饱和吸收体(2)的一端相连，可饱和吸收体(2)的另一端与光隔离器(3)的输入端口相连接，光隔离器(3)的输出端口与电光调制器(4)光输入端口相连，电光调制器(4)的输出端口与光滤波器(5)的输入端口相连，光滤波器(5)的输出端口与10:90光耦合器(6)的公共端口相连接，10:90光耦合器(6)的90％端口与偏振控制器(7)的输入端口相连，偏振控制器(7)的输出端口与掺铒光纤放大器(1)的输入端相连接；电光调制器(4)的调制信号输入端口与微波环形器(10)的第三端口相连，微波环形器(10)的第一端口与微波隔离器(9)的输出端相连，微波隔离器(9)的输入端与宽带微波源(8)的输出端口相连，微波环形器(10)的第二端口与随机相移电栅(11)的一个端口相连，10:90光耦合器(6)的10％端口作为光纤激光器的输出端口。2.根据权利要求1所述的一种基于随机相移电栅的随机光纤激光器，其特征是，所述随机相移电栅(11)包括阻抗不连续点(111)、外包层(112)、外层导体(113)、内包层(114)和内层导体(115)，随机相移电栅(11)是在同轴电缆上通过机械加工获得阻抗不连续点111，随机相移电栅11与微波环形器10的第二端口通过同轴电缆相连接。

技术总结
一种基于随机相移电栅的随机光纤激光器，包括掺铒光纤放大器、可饱和吸收体、光隔离器、电光调制器、光滤波器、10:90光耦合器、偏振控制器、宽带微波源、微波隔离器、微波环形器和随机相移电栅；其中随机相移电栅由阻抗不连续点、外包层、外层导体、内包层和内层导体组成，随机相移电栅是在同轴电缆上通过机械加工获得阻抗不连续点。作为随机激光器中一种新的散射介质使用。本发明利用随机微波信号作为调控信号，解决了随机激光器内光散射介质损耗过大和方向性差的问题，该制作工艺简单，参数受环境因素影响较小。境因素影响较小。境因素影响较小。


技术研发人员：张桂林 孟立杰 韩阳 王敬德 魏栋 刘平 潘洪刚
受保护的技术使用者：河北电力工程监理有限公司 国家电网有限公司 石家庄融桥科技有限公司
技术研发日：2022.10.09
技术公布日：2022/12/6