本研究的创新点是激光泵浦的梯度折射率光纤拉曼激光器的构建

对其功率、光谱、光束质量和时间特性进行了研究。通过 940 纳米的激光泵浦，在 974 纳米处获得了最大输出功率 23.5 瓦，M2 约为 2，并且斜率效率达到 48.1%

测试使用的设备是DataRay WinCamD-LCM

输出光谱呈现出多个峰值，并且在出现第二阶拉曼斯托克斯峰后，激光器会周期性地波动。此外，建立了光谱变化与光束质量之间的相关性。这种现象在未来可能被用作评估激光输出光束质量的有效方法。

测量装置如图所示。端盖处的激光发射经过准直处理，然后使用一些分束器（M1 - M3）将准直后的光束分成两个方向进行单独测量。在干涉滤波器（IF）之后，通过功率计测量输出功率。输出光谱通过光谱仪测量，光束质量通过光束质量分析仪(WinCamD-LCM-1310）测量。

光束质量：

下图展示了泵浦光的 M2测量结果。随着泵浦功率的增加，高阶模式的功率上升，导致泵浦光的光束质量略有下降。图b显示了一阶斯托克斯光的 M2 测量结果。观察到 M2 值从约 23 降至 2，这意味着改善了 11.5 倍，表明通过拉曼转换过程实现了显著的光束净化。

一阶斯托克斯光的 M2 值在泵浦功率为 36.3W和 49.0W之间显示出显著的下降，由于存在高阶模式，光束轮廓变得不规则。这一观察结果与光谱测量结果密切相关，其中峰值数量从一个增加到四个。当泵浦功率超过 59.7W时，M2 在 2.5 到 2.75 之间稳定下来，而光谱峰值仍固定在五个。这种光谱特征与光束质量测量之间的相关性确立了光谱峰值计数作为评估输出光束质量的可靠指标。这种方法对于利用常规光纤布拉格光栅（FBG）的多模激光二极管泵浦拉曼光纤激光器具有广泛的适用性。

图b插图展示了在 79.6W泵浦功率下输出光束的空间强度分布，该分布是在未进行光谱滤波且在二阶斯托克斯辐射开始之前获取的。空间分布呈现出复合结构：一个宽广的周边分布对应于泵浦光，叠加着一个具有第一阶斯托克斯光特征的强烈中心峰值。这种空间分布表明，在多模光纤结构中，SRS（受激拉曼散射）倾向于在较低阶模式中产生斯托克斯辐射，从而在光束轮廓的中心区域产生更高的功率密度集中，进而增强光束的亮度。

 

拉曼测试：

梯度折射率多模光纤横截面内的抛物线折射率分布导致光纤核心内低阶和高阶模式的传播常数不同。因此，每个光纤布拉格光栅（FBG）都会呈现出与不同空间模式相对应的独特的光谱反射峰，其中波长较短的峰对应于高阶模式。

图中所示的结果表明，在光谱中较短波长处观察到的峰数随着泵浦功率的增加而增加，这表明在输出中高阶模式的出现率有所提高。这种模式行为可归因于泵浦源的多模特性。随着功率的增加，高阶模式的拉曼激光依次达到阈值。这些现象在光谱中体现如下：随着泵浦功率的升高，长波长处的峰值强度会减弱，而短波长处则会出现新的峰值。

 

综上所述：

在本研究中研制出了一台采用全光纤激光器泵浦、基于光纤布拉格光栅腔结构的 974nm波长的阶跃折射率光纤拉曼激光器。对不同腔长和输出配置下的输出特性进行了系统分析。实验装置在 974nm波长下获得了最大输出功率 23.5W，斜率效率为 48.1%。输出光束的 M2 值从约 23 降低到约 2，这表示光束质量得到了提升，质量提升系数为 11.5，此外，还研究了常规光纤布拉格光栅对输出的影响，结果表明光谱出现了多个峰值。我们建立了光谱变化与输出光束质量之间的对应关系，即随着泵浦功率的增加，光束质量变差。这一发现使得通过光谱分析能够有效地评估多模拉曼激光器的输出光束质量。

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参考文献

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.