本研究的創(chuàng)新點是激光泵浦的梯度折射率光纖拉曼激光器的構建

對其功率、光譜、光束質量和時間特性進行了研究。通過 940 納米的激光泵浦，在 974 納米處獲得了最大輸出功率 23.5 瓦，M2 約為 2，并且斜率效率達到 48.1%

測試使用的設備是DataRay WinCamD-LCM

輸出光譜呈現(xiàn)出多個峰值，并且在出現(xiàn)第二階拉曼斯托克斯峰后，激光器會周期性地波動。此外，建立了光譜變化與光束質量之間的相關性。這種現(xiàn)象在未來可能被用作評估激光輸出光束質量的有效方法。

測量裝置如圖所示。端蓋處的激光發(fā)射經過準直處理，然后使用一些分束器（M1 - M3）將準直后的光束分成兩個方向進行單獨測量。在干涉濾波器（IF）之后，通過功率計測量輸出功率。輸出光譜通過光譜儀測量，光束質量通過光束質量分析儀(WinCamD-LCM-1310）測量。

光束質量：

下圖展示了泵浦光的 M2測量結果。隨著泵浦功率的增加，高階模式的功率上升，導致泵浦光的光束質量略有下降。圖b顯示了一階斯托克斯光的 M2 測量結果。觀察到 M2 值從約 23 降至 2，這意味著改善了 11.5 倍，表明通過拉曼轉換過程實現(xiàn)了顯著的光束凈化。

一階斯托克斯光的 M2 值在泵浦功率為 36.3W和 49.0W之間顯示出顯著的下降，由于存在高階模式，光束輪廓變得不規(guī)則。這一觀察結果與光譜測量結果密切相關，其中峰值數(shù)量從一個增加到四個。當泵浦功率超過 59.7W時，M2 在 2.5 到 2.75 之間穩(wěn)定下來，而光譜峰值仍固定在五個。這種光譜特征與光束質量測量之間的相關性確立了光譜峰值計數(shù)作為評估輸出光束質量的可靠指標。這種方法對于利用常規(guī)光纖布拉格光柵（FBG）的多模激光二極管泵浦拉曼光纖激光器具有廣泛的適用性。

圖b插圖展示了在 79.6W泵浦功率下輸出光束的空間強度分布，該分布是在未進行光譜濾波且在二階斯托克斯輻射開始之前獲取的�？臻g分布呈現(xiàn)出復合結構：一個寬廣的周邊分布對應于泵浦光，疊加著一個具有第一階斯托克斯光特征的強烈中心峰值。這種空間分布表明，在多模光纖結構中，SRS（受激拉曼散射）傾向于在較低階模式中產生斯托克斯輻射，從而在光束輪廓的中心區(qū)域產生更高的功率密度集中，進而增強光束的亮度。

 

拉曼測試：

梯度折射率多模光纖橫截面內的拋物線折射率分布導致光纖核心內低階和高階模式的傳播常數(shù)不同。因此，每個光纖布拉格光柵（FBG）都會呈現(xiàn)出與不同空間模式相對應的獨特的光譜反射峰，其中波長較短的峰對應于高階模式。

圖中所示的結果表明，在光譜中較短波長處觀察到的峰數(shù)隨著泵浦功率的增加而增加，這表明在輸出中高階模式的出現(xiàn)率有所提高。這種模式行為可歸因于泵浦源的多模特性。隨著功率的增加，高階模式的拉曼激光依次達到閾值。這些現(xiàn)象在光譜中體現(xiàn)如下：隨著泵浦功率的升高，長波長處的峰值強度會減弱，而短波長處則會出現(xiàn)新的峰值。

 

綜上所述：

在本研究中研制出了一臺采用全光纖激光器泵浦、基于光纖布拉格光柵腔結構的 974nm波長的階躍折射率光纖拉曼激光器。對不同腔長和輸出配置下的輸出特性進行了系統(tǒng)分析。實驗裝置在 974nm波長下獲得了最大輸出功率 23.5W，斜率效率為 48.1%。輸出光束的 M2 值從約 23 降低到約 2，這表示光束質量得到了提升，質量提升系數(shù)為 11.5，此外，還研究了常規(guī)光纖布拉格光柵對輸出的影響，結果表明光譜出現(xiàn)了多個峰值。我們建立了光譜變化與輸出光束質量之間的對應關系，即隨著泵浦功率的增加，光束質量變差。這一發(fā)現(xiàn)使得通過光譜分析能夠有效地評估多模拉曼激光器的輸出光束質量。

Dataray推出的LCM系列光束質量分析儀尺寸小巧，配置靈活，并且在價格上具有性價比。

WinCamD-LCM系列擁有11.3 x 11.3 mm的有效感光區(qū)域、420萬像素及5.5 x 5.5 μm的像素尺寸，支持全局快門的光學與電子觸發(fā)，刷新率高達60Hz以上。該系列相機特別適用于連續(xù)激光與脈沖激光的光束分析，可用波段涵蓋355-1610nm。

4.2MP超高分辨率（2048x2048）能捕捉精細光斑細節(jié)，同時最高60Hz的幀率能滿足大多數(shù)實時監(jiān)測需求，信噪比達到2500:1。
Dataray的軟件可以讓用戶快速便捷的進行光束質量因子M²的測量，將LCM安裝到電控導軌中，并將待測光束對準（切記需要進行衰減，否則容易損壞光束質量分析儀）。然后，通過軟件的功能，電控導軌會自動進行M²因子的測量，并在測量結束之后進行計算。
 

參考文獻

1. Shen H, Jiang H, Zhou J, Yang X, Feng Y. Spectrum, beam quality and temporal stability of a diode pumped GRIN fiber Raman laser. Optical Fiber Technology 2025; 94:104345.