多波长随机拉曼光纤激光器：微光纤结谐振器的应用与光谱特性研究

    在过去十年中，随机光纤激光器因其简单结构、低成本和独特光学特性成为研究热点。它们在光纤传感、光通信和无斑点成像中应用广泛，成为复杂系统中多学科研究的新平台。基于瑞利散射的随机光纤激光器利用千米级光纤结合受激拉曼散射，成为多波长光纤激光器的有效解决方案，广泛应用于光通信、光学传感和成像等领域。其独特的功率分布使其有可能实现高功率激光器。

    常用的多波长发射方法包括受激布里渊散射和梳状滤波器。研究人员开发了多种滤波器，如Lyot滤波器、Sagnac滤波器和光纤布拉格光栅。最近提出了声光可调谐滤波器和光谱可编程空间光调制器，以实现灵活的光谱操作。尽管随机拉曼光纤激光器可以打破稀土掺杂剂的光谱限制，但在1.65μm波段实现的多波长随机拉曼光纤激光很少且大多基于布里渊增益，限制了光谱特性的操纵。

    微光纤结谐振器因其高品质因子、良好兼容性和小尺寸备受关注。它具有宽带梳状传输光谱，理论上可以过滤光纤透明窗口中任何波长的光。研究人员采用火焰刷法制备了单模光纤，微光纤直径约为4.8μm，手工打结成直径约2cm的环，安装在电动平移台上进行双向拉伸。微光纤结谐振器的两侧分别连接超连续谱源和光谱分析仪，监测透射谱。

    随机拉曼光纤激光器装置采用国产1540nm光纤激光器作为泵浦源，最大泵浦功率为6.8W。该激光器由3dB耦合器和10km单模光纤组成的高反射镜提供拉曼增益和瑞利后向散射反馈。微光纤结谐振器连接到1650nm，对腔内功率较低的后向1650nm拉曼激光进行滤波。输出功率曲线显示，在输出口1处的输出功率较低，输出口2功率正常，最大泵浦功率为6.8W时，输出功率达到3.34W。

    不同泵浦功率下的输出光谱特性显示，在2.6W泵浦功率下，观察到混沌放大自发发射，3.1W泵浦功率下演变为稳定多波长发射。进一步增加泵浦功率时，出现另一个钟形包络。激光线的通道间距为0.18nm，与光纤结谐振器的自由光谱范围相同。高泵浦功率下，光子在光纤中经历更长路径，导致红移。输出口2的光谱演变趋势与输出口1相似，但单次光谱存在差异。

    研究人员比较了有无微光纤结谐振器的实验结果。微光纤结谐振器引起的附加损耗增加了激光阈值，但在高泵浦功率条件下影响较小。无微光纤结谐振器时，左腔的红移和功率下降更快，泵浦功率为6.8W时，光谱变得粗糙，表明产生了二阶拉曼激光。微光纤结谐振器作为腔内滤波元件，具有增强的非线性，导致了不同寻常的光谱特性。

    研究人员提出了一种基于U波段微光纤结谐振腔的多波长随机拉曼光纤激光器，实现了多达40个波长通道。微光纤结谐振器是一种小尺寸全光纤和波长不敏感宽带滤波器，具有可调性好、柔韧性高、结构简单等优点。这种激光设备为实现U波段的柔性多波长铺平了道路，也可以扩展到其他波段的多波长产生。