近日，秦皇岛分校智能感知与光电工程学院冯亭教授团队以“Low-Noise and Broadband Random Fiber Laser Enabled by Seed Injection for Advanced Distributed Raman Amplification(面向高性能分布式拉曼放大的种子光注入低噪声宽带随机光纤激光器)”为题，在光学领域国际顶刊Laser & Photonics Reviews(中科院一区TOP，影响因子9.7)发表研究论文。学院韩冰副教授为论文第一作者，冯亭教授和四川大学吴函副研究员为论文通讯作者，东北大学为第一完成单位。
随着长距离光纤通信及分布式光纤传感系统的发展，分布式拉曼放大凭借分布式增益、低有效噪声指数和非线性损伤抑制等优势，成为提升光纤系统传输距离和信号质量的重要技术。相较于一阶分布式拉曼放大，高阶分布式拉曼放大系统能够提供更高的信号增益和更平坦的增益分布，但高功率泵浦光的相对强度噪声会通过受激拉曼散射和交叉相位调制过程转移至信号光，限制系统性能。传统1.3 μm拉曼光纤激光器虽可实现瓦级甚至更高功率输出，但通常具有较高的强度噪声和较窄的光谱带宽，难以同时满足高功率、低噪声和宽带泵浦需求。针对这一问题，论文提出基于后向宽带种子光注入的级联随机拉曼光纤激光器的噪声抑制及光谱展宽方法，在无需复杂谐振腔结构的基础上，实现随机激光输出功率、光谱带宽和时域稳定性的协同优化。
论文揭示了后向宽带种子光注入抑制级联拉曼过程中噪声传递并实现随机激光光谱展宽的机制。通过向传输光纤中反向注入宽带非相干种子光，使高阶随机拉曼激光主要沿与低阶斯托克斯光相反的方向传播，利用反向拉曼相互作用对泵浦强度起伏进行平均，同时借助宽带光谱的相位和功率平均效应，降低高阶随机激光的相对强度噪声并展宽输出光谱。实验获得了1.64 W输出功率、12.35 nm 3 dB带宽和−130 dB/Hz相对强度噪声的低噪声宽带级联随机拉曼光纤激光器，相较于传统窄带级联随机拉曼光纤激光器，相对强度噪声降低超过15 dB。在此基础上，论文将提出的低噪声宽带级联随机拉曼光纤激光器应用于二阶分布式拉曼放大系统，并与传统窄带随机拉曼光纤激光器泵浦方案进行对比。在相同净增益条件下，采用低噪声宽带随机激光器作为二阶泵浦时，噪声性能提升7.17 dB。研究表明，低噪声宽带随机激光器能够同时通过降低泵浦本征噪声和增强光谱平均效应，有效抑制二阶分布式拉曼放大中的泵浦至信号RIN转移。
该研究为实现高功率、宽带和低噪声随机光纤激光器提供了新的方法，并为长距离光纤通信和分布式光纤传感等系统中的高阶分布式拉曼放大提供了重要技术支撑。所提出的随机激光泵浦方案还可进一步拓展至双向泵浦和混合式分布式拉曼放大架构，有望提升光纤通信与传感系统的传输和探测距离，为构建高性能光纤放大与光学感知系统提供新的解决方案。
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