拉曼光纤激光器中高阶stokes产生的研究(2)
1.1光纤激光器简介
光纤激光器由三个部分组成，第一部分是增益介质能够产生光子，第二部分是光学谐振腔，它用来反馈光子并在增益介质中进行谐振放大，第三部分是泵浦源用来激励增益介质中的光子跃迁。通常情况下，光纤激光器有两种激射状态,一种是三能级激射,一种是四能级激射。两种能级系统的的区别在于较激光下能级的位置不同。四能级系统中,激光下能级和基态能级之间存在一个跃迁，为非辐射跃迁。而在三能级系统中,激光的下能级是基态,或着是非常靠近基态的低能级。三能级激射系统的阈值高于四能级激射系统。在泵浦源的作用下，光纤介质中的电子被激发到高于激光上能级的泵浦带，然后电子通过非辐射跃迁到激光上能级。电子在亚稳态上积累并在数量上多于激光下能级，即形成粒子数反转。电子以辐射光子的形式跃迁回基态。光学谐振腔把这种自发发射的光子反馈回增益介质诱发受激发射，并产生与诱发这一过程的光子性质完全相同的光子。当光子在谐振腔内获得的增益大于损耗时，就会输出激光。
1.2拉曼光纤激光器应用和分类
拉曼散射光纤激光器是一类特殊的光纤激光器，它根据受激拉曼散射的原理制成。我们把具有适当反射率的反射镜分别加在光纤激光器的光纤两端,使光纤内的受激拉曼散射产生的斯托克斯光通过反光镜反馈，从而产生激光振荡，这样就构成了拉曼光纤激光器[7]。拉曼光纤激光器的优点很多，其中非常重要的一点是可以通过增益光纤获得相对较高的功率和斯托克斯效应获得十分灵活的输出波长，它几乎可以覆盖光纤材料透明窗口的所有波长范围[8]。另外，还可以用同一台拉曼光纤激光器获得多个波长的输出，这对干扰与反干扰十分有用。这类光纤激光器没有泵浦源的限制，和其他光纤激光器相比较，拉曼光纤激光器拥有较高的饱和功率[9]。拉曼光纤激光器在光纤传感、光纤陀螺、波分复用系统中都有着十分重要的应用[10]。在光纤通信方面，它可以作为远程掺铒光纤放大器以及拉曼光纤放大器的泵浦源[11]。因此，各国的激光研究人员对拉曼光纤激光器产生了的极大兴趣。短时间内拉曼光纤激光器产生了很大的发展。
拉曼光纤激光器一般可以分为环形腔拉曼光纤激光器、线形腔拉曼光纤激光器以及复合腔拉曼光纤激光器[12]。如果我们再从线性腔拉曼激光器的输出波长方面划分，还可以把拉曼光纤激光器分为单波长拉曼光纤激光器和多波长拉曼光纤激光器两大类。不同的线形拉曼光纤激光器的结构基本相似，谐振腔的反射镜都是采用的布拉格光栅。环形腔结构的级联拉曼光纤激光器在现今的光纤激光技术中得到了广泛的应用。
一种简单的受激拉曼散射激光器如图1-1，这是一种单向的环形腔拉曼光纤激光器模型[13]。。拉曼光纤激光器与通常的掺杂DFB或者半导体激光器有很大区别[14]。首先，DFB拉曼激光器的激光动态特性被光线中必然会发生的克尔效应所改变。其次，在增益饱和机制方面也完全不相同：在受激拉曼散射中谐振腔内的信号是泵浦光直接放大，不是通过粒子数反转实现[15]。