基本概念

對(duì)于高功率光纖激光器而言，限制其高功率輸出的影響因素主要有非線性效應(yīng)產(chǎn)生的斯托克斯光（拉曼光）和橫向模式不穩(wěn)定（TMI）等，傾斜光柵主要針對(duì)前者進(jìn)行拉曼抑制以提高拉曼抑制比SRS。為什么要提高激光器的拉曼抑制比？針對(duì)1080nm光纖激光器而言，其一級(jí)斯托克斯光波長(zhǎng)在1135nm。這個(gè)波長(zhǎng)對(duì)于工業(yè)加工來說屬于不受歡迎的、有害的副產(chǎn)品。主要原因：

一方面，由于這個(gè)波長(zhǎng)更長(zhǎng)，光子能量低，相當(dāng)于整個(gè)系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)換利用效率有一定的下降。pump光能量轉(zhuǎn)化的量子虧損大，量子虧損大意味著就有部分能量最終必然會(huì)產(chǎn)生廢熱（轉(zhuǎn)化為光纖內(nèi)部的晶格振動(dòng)）。而且由于拉曼成分也會(huì)競(jìng)爭(zhēng)一部分主信號(hào)的能量，也會(huì)一定程度上降低諧振腔的輸出效率。

另一方面，對(duì)于金屬材料的吸收，這個(gè)波長(zhǎng)的吸收率遠(yuǎn)低于主信號(hào)波長(zhǎng)1080nm。吸收效率低不僅不利于工藝加工，而且如果被工件反射耦合回到激光器里就會(huì)進(jìn)一步被增益放大，如此惡性循環(huán)。此外我們?cè)谇懈铑^等光路傳輸途中的鏡片鍍膜上，也主要是針對(duì)主信號(hào)波長(zhǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化的，長(zhǎng)波長(zhǎng)的光譜成分在透過率上可能會(huì)略有下降。

總之，激光器廠家會(huì)把在高功率光纖激光器中提高拉曼抑制比作為一項(xiàng)主要的任務(wù)之一。至于怎么去提高拉曼抑制比？方法很多，諸如盡量縮短光纖長(zhǎng)度或者采用后向泵浦方案，甚至可以去優(yōu)化pump波長(zhǎng)提高諧振腔后端的吸收效率等都可以一定程度上降低拉曼成分，但最簡(jiǎn)單直接的還是采用拉曼抑制光柵RSS（這里也有人說是傾斜光柵TFBG的）。

如下圖，是傾斜光柵的簡(jiǎn)單工作機(jī)理：

與普通的FBG相似，纖芯傳輸?shù)募す庠谟龅街芷谛缘恼凵渎收{(diào)制區(qū)域之后，由于每一個(gè)“纖芯刻槽”都形成一個(gè)折射率突變界面，光在遇到這個(gè)界面后由于菲涅爾反射發(fā)生微弱的反射，多個(gè)折射率突變界面產(chǎn)生的反射光如果被柵距調(diào)制到相位匹配后（這里特指對(duì)1135nm拉曼光進(jìn)行相位調(diào)制），那此時(shí)它們每個(gè)微弱的反射光之間會(huì)相干加強(qiáng)（波峰對(duì)波峰/波谷對(duì)波谷）。相干加強(qiáng)說明此區(qū)域的能量增強(qiáng)，但因?yàn)槟芰渴鞘睾愕?，光柵將能量“束縛”于此，那么“穿透”光柵的能量就相應(yīng)降低了，這就是對(duì)光柵反射的簡(jiǎn)單理解。傾斜光柵的主要特點(diǎn)就是這個(gè)折射率突變界面（光柵刻痕）是與纖芯方向呈一定的角度，這樣經(jīng)光柵反射的拉曼光角度就不會(huì)垂直反射回去而是向光纖包層耦合進(jìn)入包層反向傳輸。進(jìn)入包層的這些拉曼光其實(shí)就是被“濾除”掉了，因?yàn)橐徊糠謺?huì)被涂覆層等吸收以熱量的形式耗散掉，就算沒被吸收完全也會(huì)反向被光路中的剝模器CMS過濾掉。當(dāng)然不滿足相位匹配的主信號(hào)波長(zhǎng)會(huì)正常穿過RSS。

實(shí)際應(yīng)用

回到今天的主題，為什么我想說拉曼光柵不僅僅是簡(jiǎn)單的過濾拉曼光成分這一表象作用呢？其實(shí)是想說它在提高激光諧振腔的抗回返光能力上的重要作用。

正如上文所說，如果想單純的提高激光器輸出的拉曼抑制比SRS的話，采用反向泵浦、縮短光纖等手段也可能比較明顯的降低拉曼成分。但問題就在于激光器抗高反的能力上：我們雖然可以將原始的輸出拉曼光抑制的很小，但架不住它只要有一點(diǎn)點(diǎn)被反射回去就會(huì)在腔內(nèi)被大量的增益。尤其是在實(shí)際生產(chǎn)中，光纖的熔接、模塊之間的空間布局，甚至客戶對(duì)傳輸光纖特定的長(zhǎng)度需求等都不可能將傳輸光纖長(zhǎng)度無限地降低。光纖長(zhǎng)度稍長(zhǎng)一些，這個(gè)反射回去的增益就更明顯，甚至比原拉曼抑制比大小的影響更大。所以這就不得不考慮使用拉曼抑制光柵，它可以有效的降低每一次經(jīng)過它的拉曼光含量，讓系統(tǒng)的拉曼成分總能保持一個(gè)很低的含量，不至于回到腔內(nèi)產(chǎn)生大量的增益、甚至出現(xiàn)二級(jí)拉曼的惡劣情況。只要初始拉曼成分控制好，且在后續(xù)被反射回去后也能有效的抑制二次拉曼增益的話，那激光器的抗回返能力就很高了。

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