隨機光纖激光器由於(yu) 結構簡單、時域穩定、以及低相幹等特點，在通信、成像、傳(chuan) 感等領域有著廣泛的應用前景。超連續譜激光因其光譜範圍寬、亮度高等特點在密集波分複用、光學相幹層析成像、高光譜激光雷達、以及脈衝(chong) 壓縮等領域具有巨大的應用價(jia) 值。因此把隨機光纖激光技術和超連續譜技術相結合可以極大簡化超連續譜激光的係統結構，降低係統成本。

國防科技大學前沿交叉學科學院侯靜研究員課題組近年來對隨機光纖激光器輸出超連續譜開展研究，在改善超連續譜的光譜帶寬和平坦度、超連續譜的線偏振輸出等方麵取得了係列研究成果。相關(guan) 研究內(nei) 容發表在Optics Express上。

隨機光纖激光器輸出可見光至近紅外超連續譜

目前，常規的產(chan) 生可見光至近紅外波段超連續譜的方案主要有兩(liang) 種：一種是利用脈衝(chong) 光纖激光泵浦光子晶體(ti) 光纖，另外一種則是利用非線性光纖放大器來獲得超連續譜輸出。2019年，課題組實現了一種共腔結構的隨機光纖激光器來獲得超連續譜輸出，實驗結構如圖1所示。結構中使用寬帶的光纖反射鏡來提供反饋，腔內(nei) 使用摻鐿光纖和1 km長的被動光纖，利用摻鐿光纖和受激拉曼散射的混合增益，基於(yu) 隨機光纖激光器結構首次實現了覆蓋可見光至近紅外波段的超連續譜輸出，輸出光譜如圖2所示。

圖1 隨機光纖激光器輸出超連續譜的實驗結構圖

圖2 泵浦功率分別為(wei) 4.3 W和44.7 W時產(chan) 生超連續譜的光譜對比

全保偏結構的隨機光纖激光器輸出超連續譜

線偏振超連續譜激光在生物醫學檢測和目標探測與(yu) 識別等領域中具有重要應用前景。為(wei) 了獲得線偏振超連續譜輸出，課題組首次基於(yu) 全保偏結構的隨機光纖激光器，獲得了平均輸出功率為(wei) 4.43 W、光譜範圍覆蓋600 nm~1900 nm線偏振超連續譜輸出，在最高輸出功率水平下的偏振消光比(PER)大於(yu) 18 dB，相應的實驗結構如圖3所示。

課題組又對比了線偏振隨機光纖激光器結構中使用100 m長的PM-GDF和非線偏振隨機激光器結構中使用1000 m長的GDF輸出超連續譜的光譜特性，圖4為(wei) 相應的光譜對比結果。對比發現，雖然線偏振隨機光纖激光器結構中使用了較短的光纖長度，卻表現出更優(you) 異的光譜特性。該項研究對於(yu) 簡化隨機激光器的結構，改善超連續譜的輸出特性方麵具有重要意義(yi) 。

圖3 線偏振隨機光纖激光器輸出超連續譜的實驗結構圖

圖4 非線偏振隨機激光器和線偏振隨機激光器分別使用1000 m GDF和100 m PM-GDF時輸出超連續譜的光譜對比

基於(yu) 光子晶體(ti) 光纖的隨機光纖激光器輸出超連續譜

光子晶體(ti) 光纖具有很高的非線性係數，同時其色散特性靈活可調，通過改變其結構參數很容易滿足寬帶超連續譜產(chan) 生的色散匹配條件。為(wei) 了優(you) 化隨機光纖激光器輸出超連續譜的光譜帶寬和平坦度，課題組在隨機光纖激光器的半開腔內(nei) 引入光子晶體(ti) 光纖，利用光子晶體(ti) 光纖提供隨機分布反饋和作為(wei) 光譜展寬的非線性介質，實驗結構如圖5所示。

圖6為(wei) 隨機光纖激光器輸出超連續譜在不同泵浦功率下的光譜演化曲線，在最高17 W泵浦功率下獲得了光譜範圍覆蓋400 nm~2300 nm的超連續譜輸出，其中20 dB光譜範圍超過1600 nm。相比於(yu) 傳(chuan) 統使用脈衝(chong) 光纖激光器泵浦光子晶體(ti) 光纖輸出超連續譜的方法，該結構輸出的超連續譜不僅(jin) 具有可以比擬的光譜帶寬和平坦度，還具有結構簡單和成本低等優(you) 點。該項工作進一步豐(feng) 富了隨機光纖激光器和超連續譜的研究內(nei) 容。

圖5 基於(yu) 光子晶體(ti) 光纖的隨機激光器輸出超連續譜的實驗結構圖

圖6 輸出光譜在不同泵浦功率下的演化曲線

總結

隨機光纖激光器輸出超連續譜具有結構簡單、成本低和魯棒性好等優(you) 點。但是，目前隨機光纖光纖激光器輸出超連續譜的產(chan) 生機理還不完全清晰，後續我們(men) 將進一步建立理論模型，揭示其中超連續譜的產(chan) 生過程。另一方麵，隨機光纖激光器輸出超連續譜的功率水平也有巨大的提升空間，需要研究人員進一步探索。可以預見，在未來的發展過程中，高功率、寬光譜帶寬的隨機光纖激光器仍將不斷發展，這些發展也必將為(wei) 超連續譜激光提供更廣闊的應用前景。

論文信息：

1. J. He, R. Song, L. Jiang, J. Hou. Supercontinuum generated in an all-polarization-maintaining random fiber laser structure[J]. Optics Express, 2021, 29(18): 28843.

2. J. He, R. Song, W. Yang, J. Hou. High-efficiency ultra-compact near-infrared supercontinuum generated in an ultrashort cavity configuration[J]. Optics Express, 2021, 29(12): 19140.

3. J. He, R. Song, Y. Tao, J. Hou. Supercontinuum generation directly from a random fiber laser based on photonic crystal fiber[J]. Optics Express, 2020, 28(19): 27308.

4. L. Chen, R. Song, C. Lei, W. Yang, and J. Hou. Random fiber laser directly generates visible to near-infrared supercontinuum[J]. Optics Express, 2019, 27(21): 29781.

5. L. Chen, R. Song, C. Lei, W. Yang, F. He, and J. Hou. Influences of position of ytterbium-doped fiber and ASE pump on spectral properties of random fiber laser[J]. Optics Express, 2019, 27(7): 9647.