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受激拉曼散射(SRS)是制约光纤激光器功率进一步提升的重要因素之一。提出利用啁啾倾斜Bragg光纤光栅(CTFBG)抑制SRS, 针对1018 nm光纤激光SRS信号设计并制作了1066 nm啁啾倾斜光纤光栅, 搭建实验系统, 对拉曼信号滤除效果进行了验证。结果表明, 设计的CTFBG对1级SRS信号的抑制接近20 dB, 取得了很好的效果。研究结果对利用CTFBG抑制大功率光纤激光振荡器和放大器中的SRS, 进一步提高光纤激光的效率和输出功率具有一定意义。
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第
卷
第
期
光
学
学
报
年
月
ACTAOPTICASINICA
Januar
y
啁啾倾斜
Bra
gg
光纤光栅制作及
Raman
滤除研究
张 宇 菁
,
王
蒙
,
王 泽 锋
,
曹 涧 秋
,
肖
虎
国防科学技术大学光电科学与工程学院
湖南 长沙
摘要
受激拉曼散射
是制约光纤激光器功率进一步提升的重要因素之一
提出利用啁啾倾斜
光纤 光
栅
抑制
针对
光纤激 光
信 号设 计并 制 作 了
啁 啾 倾斜 光 纤 光 栅
搭 建 实验 系
统
对拉曼信号滤除效果进行了验证
结果表明
设计的
对
级
信 号的 抑制 接 近
取 得了 很好
的效果
研究结果对利用
抑制大功率光纤激光振荡器 和放 大器中 的
进一 步提 高光 纤激 光 的效 率和
输出功率具有一定意义
关键词
光纤光学
倾斜
光纤光栅
光纤激光器
受激拉曼散射
中图分类号
文献标识码
doi
.
AOS.
FabricationofChir
p
edandTiltedFiberBra
gg
Gratin
g
sand
Investi
g
ationofRamanFilterin
g
Effect
Colle
g
eo
f
PhotoelectricScienceandEn
g
ineerin
g
NationalUniversit
y
o
f
De
f
enseTechnolo
gy
Chan
g
sha Hunan
China
Abstract
Ke
y
words
OCIScodes敭 敭 敭
收稿日期
收到修改稿日期
基金项目
国家自然科学基金面上项目
作者简介
张宇菁
男
硕士研究生
主要从事光纤光栅方面的研究
导师简介
王泽锋
男
博士
副教授
硕士生导师
主要从事光纤气体激光器和光纤光栅方面的研究
通信联系人
引
言
自
年 加 拿 大 通 信 研 究 中 心 的
等
发 现 了 纤 芯 掺 锗 的 光 纤 具 有 光 敏 性
并 利 用 双 向 传 播 的
氩离子激光束形 成的驻波刻 写了世 界 上 第 一 个 光 纤 光 栅 以 来
光 纤 光 栅 获 得 了 飞 速 发 展
已 经 成
为一种重要 的光纤无源 器件
广 泛 应 用 于 光 纤 激 光 器
光 通 信
光 纤 传 感 等 领 域
年
等
首
次提出倾斜 光纤光栅模 型
倾斜光栅的 光栅平面不 与 光 纤 轴 向 垂 直
有 一 定 倾 斜 角 度
加 强 了 前 向 传 输
的纤 芯模到后向 或前向传输 的包层模
辐射模的耦 合
它能够通过 改变制作系统的装置来精确地按照目
标光谱进行 制备
光纤种类不 限
所以倾斜光 纤光栅是近 年来的研究 重点
由 于 其 特 殊 的 模 式 耦 合 特 性
其应用范围 非 常 广 泛
包 括 滤 波 器
掺 铒 放 大 器 的 增 益 平 坦 器
波 分 复 用 器
偏 振 相 关 器
件
各种传感器
等
此外功能型 涂覆进一步 拓展了其传 感的新领域
其中
滤波器是倾 斜光纤
光
学
学
报
光栅 最基本的一 项应用
已有相关报 道尝试将啁 啾光栅与倾 斜光栅相结 合 制 作 出 带 宽 可 调 的 宽 带 带 阻 滤
波器
近年来
具有转换效率高
光束质量好等优势的掺杂稀土离子光纤激光器得到了广泛应用
随着双
包层光纤工艺的进步和抽运光源的改进
其输出功率不断地提升
其中掺镱光纤激光器已经实现了近衍射极
限万瓦级输出
目前受激拉曼散射
仍是限制光 纤激光器功 率进一步提 升的关键因 素
在光纤
中双向传输的受激拉曼散射光会导致信号激光功率下降
更具有危害性的是后向传输的
被放大后会对
系统形成致命的损伤
研究人员通过利 用大模场光 纤
或特殊波 段 高损耗光 纤
来抑制
取得了较
好的效果
但受限于光纤的制作工艺
应用仍十分有限
也可采用拉曼兼容的方法
即注入一个 前向的拉曼
种子光
允许前向拉曼激光与信号激光一起输出
可以有效地将后向拉曼信号抑制在 一定范围内
但是输出
光谱特性变差
同时光束质量也会受到一定的影响
另有报道利用二氧化碳激光制作 的长周期光 纤光栅作
为滤波器
通过将部分拉曼散射光耦合至包 层中滤除
达到抑制
的目的
但是长周 期 光栅的交 叉 敏
感问题是影响其稳定性的重要因素
基于紫外准分子激光器制作的啁啾倾斜
光纤光栅
通
过选择合适啁啾率和周期的相位掩模板
设计合理的倾 斜角度
可以方便地 制作与光纤 激光
信号匹配
中心波长和带宽
的滤波器
进而达到滤出拉曼信号的目的
到目前为止
利用
滤除拉曼信号的相
关实验未见报道
本文提出利用
抑制大功率光纤激光器中的
信号
并进行了实验验证
介绍了啁啾倾斜光
纤光栅的模式耦合理论和拉曼抑制机 理
利用
仿真分析了 倾斜角度
调制深度
啁啾率对 啁 啾
倾斜光纤光栅透射谱的影响
设计并采取旋转相位掩模板的方法制作了滤除
光纤激光
信号的
啁啾倾斜光纤光栅
并搭建了实验系统进行验证
取得了对
级
信号近
的滤除效果
为
下一步利用啁啾倾斜光纤光栅抑制大功率光纤激光中的
打下了一定的基础
工作原理与仿真
21
基础理论
与普通
光纤光栅类似
倾斜光纤光栅在纤芯中的折射率调制也是沿光纤轴向呈现周期性
不同之
处是倾斜光纤光栅的光栅平面与光纤的切向呈一定倾角
如图
所示
由于倾斜角度的存在
除了存在前向
与后向传输的纤芯模间的耦合外
还存在前向传输的纤芯模与后向传输的包层模或辐射模
假设包层直径无
限大
间的耦合
在倾斜光纤光栅的透射光谱中短波区域会出现许多分立的谐振峰
这就是纤芯模与包层模
间的耦合现象
图
倾斜光纤光栅结构图
透射谱的上述现象可以用
衍射理论来解释
入射光进入光栅只有满足了动量守恒
即相位匹
配条件后才能有效地衍射
纤芯模或包层模波矢量可表示为
β
i
n
i
e
z
λ
其中
e
z
为沿光纤轴向的单位
矢量
正方向为入射光传播方向
n
i
为第
i
阶 模 在 波 长
λ
情 况 下 的 有 效 折 射 率
入 射 光 栅 前 的 波 矢 量 为
β
n
e
z
λ
入射光栅后的波矢量为
β
e
z
Λ
Λ
Λ
θ
因此
种模式耦合 的相位匹配 条件
可以表示为
β
β
i
β
即数值上满足
n
λ
+
n
i
λ
=
θ
Λ
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