光纤中的SBS反射率和波形研究

从理论和实验上研究了不同焦距下泵浦能量以及透镜与光纤间距对多模光纤中的SBS能量反射率和脉冲波形的影响。理论模拟采用一维瞬态SBS数值计算模型和边界噪声输入法，得到了SBS反射率和脉冲上升沿的变化规律。实验上采用1.06μm的YAG激光器和无掺杂多模阶跃石英光纤，测得了能量反射率和波形的变化规律，获得的最大反射率为69%，脉宽压缩比为3:1-2:1。计算结果与实验结果符合较好。     

主振荡功率放大激光器中锥度光纤相位共轭镜的实验研究

锥度光纤作为相位共轭镜具有高反射率、高保真度等优点，将3根自制的、规格不同的锥度光纤相位共轭镜应用在重复频率100Hz，脉宽28ns的激光二极管(LD)抽运的高功率脉冲激光主振荡功率放大器(MOPA)系统中，对其受激布里渊散射(SBS)性能以及锥度区尺寸的影响进行了研究。结果表明，芯径大于400μm的大尺寸锥度光纤可以应用于高功率激光系统中，如选择较长的后端光纤长度以及适当的锥度区规格可获得较高的受激布里渊散射能量反射率和输出能量。在应用总长5．2m，锥度区从φ400μm过渡到φ200μm的锥度光纤时，实验获得了高达85％的受激布里渊散射能量反射率和大于21mJ的双通输出能量，激光脉宽被压缩到17ns，最大峰值功率达到兆瓦量级。     

脉宽可调钬激光诱导高速射流实验研究

光纤传输红外脉冲激光在密闭容器内爆炸式汽化液体形成汽化泡促使液体体积急剧膨胀,在喷嘴处形成高速液体射流。利用聚偏氟乙烯(PVDF)针式水听器探测不同激光参数和光纤位置条件下钬激光脉冲诱导高速液体射流的射流压力和汽化效应诱导声波信号,其电信号在示波器上显示并记录,分析射流压力和声波强度与激光脉宽和激光强度的变化关系。实验结果表明激光平均能量为426.3 m J时射流压力与脉宽(494~967μs)呈正相关函数变化关系,声波强度在光纤末端与喷嘴间距d=2 cm和d=4 cm时与脉宽呈负相关函数变化关系,d=6 cm时声波强度随脉宽的增大呈先升后降的变化趋势,在736μs脉宽时声波强度达到最大值1.32 MPa;脉宽为480μs时射流压力和声波强度随激光能量(266.3~420.8 m J)增大而增大;当激光参数恒定时声波信号和射流信号均随d增大而增大。     

单模光纤受激喇曼散射的脉冲倒空

单模光纤SRS的实验用的是Nd:YAG调Q倍频激光作泵浦源,用快速雪崩二极管探测光脉冲信息,用存储示波器记录波形,光路如图1。图中1是JGM-1型色心调QNd:YAG激光器,倍频后(0.53μm)脉宽为20ns,输出能量为125μJ～100mJ。2是滤去1.06μm剩余光的滤光片,3是分束片,4是LPE-IA激光功率/能量计,以监视输入能量,5、7是耦合透镜,6是光纤,8是单色仪,9是Ge-     

单频窄线宽窄脉宽高重复频率光纤激光器

报道了基于保偏光纤结构的窄线宽窄脉宽高重复频率光纤激光器。采用主振荡器功率放大器(MOPA)，主放大级采用芯径为40μm的光子晶体光纤(PCF)，获得了重复频率为10 kHz、脉宽为1.34 ns、光谱宽度为0.05 nm、脉冲能量为298μJ的稳定激光输出。通过腔外倍频的方式，使用长度为40 mm的温度匹配型三硼酸锂(LBO)晶体，获得了能量为155.5μJ的532 nm激光输出，倍频效率为52%，横向和纵向光束质量分别为M_x²=1.28和M_y²=1.26。该激光器可应用于基于单光子探测技术的空间激光探测雷达。     

基于增益开关技术的全光纤结构纳秒脉冲掺铥光纤激光器

工作在2μm波段的脉冲掺铥光纤激光器,可望在遥感探测、相干雷达、空间光通信、激光医疗和特种材料加工等领域获得重要应用。目前,利用波长在1.55μm附近的脉冲掺铒光纤激光器作泵浦源的增益开关掺铥光纤激光器是实现全光纤结构纳秒脉冲掺铥光纤激光器的理想方式之一。采用实验研发的纳秒脉冲掺铒激光器作种子源,研制了全光纤MOPA(masteroscillator power amplifier)结构的纳秒脉冲掺铒光纤激光器,输出波长1 547 nm,脉冲频率100 kHz,脉冲宽度50 ns,平均功率1 W,单脉冲能量10μJ。使用该脉冲掺铒光纤激光器抽运掺铥光纤,实现了波长1 963 nm的增益开关脉冲激光输出。该掺铥光纤激光器为全光纤结构,重复频率100 kHz,最小脉宽47 ns,最大单脉冲能量100 nJ。激光输出稳定可靠,更高的单脉冲能量,平均功率和峰值功率可由进一步级联光纤放大器实现。     

用于激光能量传输的大纤芯微结构光纤的设计及制备

设计和制备了一种传输高功率激光能量石英基质微结构光纤。光纤的外径为180μm,芯径为84μm,包层为双层空气孔。实验结果表明,对半导体激光的980nm和YAG激光的1 064nm波长的传输损耗分别为6dB/km和7dB/km,而最低损耗可达到1dB/km@935nm;在弯曲半径为0.25cm的条件下,弯曲的附加损耗为0.56dB/circle@980nm和0.416dB/circle@1 064nm;实验测得在980nm波长的实际模场面积为2 951.71μm2,与理论值2 951.4μm2相吻合。研制的光纤具有结构简单、柔软性好、易制备、低非线性、低损耗和高损坏阈值等特点,是高功率激光能量柔性传输系统的理想介质。     

基于0.35 μm BiCMOS控制器的DC/DC变换器瞬时电离剂量率效应研究

利用脉冲激光源,对一种采用0.35μm BiCMOS工艺PWM控制器作为控制核心的DC/DC变换器的瞬时电离剂量率效应进行研究。采用光斑直径为10 mm、波长为1064 nm、脉宽为10 ns、能量从3μJ到2400μJ的激光对DC/DC变换器进行照射试验,监测DC/DC变换器在不同能量激光下的响应,并与脉冲γ射线的试验结果进行对比分析。试验结果表明,该DC/DC变换器在能量3μJ到577μJ激光照射下输出扰动时间约为4.3 ms,输出闭锁阈值在1031μJ左右。     

双波长激光器的实验研究

报道了1.54μm和1.06μm双波长激光器的实验研究.在重复频率20Hz时,同时得到1.54μm激光的输出能量83.5mJ,脉宽5.166ns,发散角8.0mrad;1.06μm激光的输出能量437mJ,脉宽7.040ns,发散角1.5mrad.为实际工程应用奠定了基础.     

21 MHz～100 kHz重复频率亚皮秒NALM锁模光纤激光器

超短脉冲光纤激光器在工业、医学、科研等许多领域有着重要的应用。报道了基于全保偏非线性放大环形镜(NALM, nonlinear amplifying loop mirror)锁模的掺镱光纤激光器,通过调整腔内无源光纤的长度和位置,实现了21 MHz～100 kHz重复频率下的锁模。在21.16 MHz重复频率下实现了3 dB光谱带宽为9.1 nm、脉宽为5.3 ps的单脉冲锁模输出,经压缩后脉宽为352 fs。当重复频率为5.92 MHz时,获得了3 dB光谱带宽最宽为30 nm和压缩脉宽最窄为177 fs的锁模脉冲输出。受限于光纤长度,当最低重复频率为100 kHz时,从振荡器直接输出的锁模脉冲的单脉冲能量为104 nJ,脉宽为300 ps,经压缩后脉宽为1.053 ps。在所有重复频率下,锁模脉冲都具有宽光谱、可压缩至亚皮秒量级等特性,并且不是耗散孤子共振或者类噪声脉冲。其中,当重复频率为388 kHz时,脉宽为62.7 ps、单脉冲能量为20.8 nJ的NALM锁模种子源经过单级光纤放大器后,单脉冲能量可以直接放大到3μJ,最终脉宽可以被压缩至537 fs,整个激光器系统不含脉冲选择器件和额外的多级光纤放大级,结构十分紧凑。     

高功率1.48 μm国产掺磷光纤级联拉曼激光器

使用20 W/1.06 μm掺镱双包层光纤激光器作为抽运源, 抽运由300 m国产掺磷光纤和光纤光栅构成的级联拉曼谐振腔, 进行了高功率1.48 μm级联拉曼光纤激光器的实验研究。实验研究了不同反射率的输出光纤光栅对拉曼激光阈值和激光效率的影响。结果表明激光阈值随输出光纤光栅反射率的增加而减小。当使用25.7%的输出光纤光栅时, 激光器具有最大的转换效率, 在入腔抽运功率为12.1 W时, 获得了最大2.8 W/1.48 μm连续波激光输出, 相应的激光斜率效率和转换效率分别为31.3%和23.1%。通过监测1.48 μm激光的最大输出功率, 2 h内的功率波动小于5%。     

高功率高效率掺铒光纤超荧光光源

优化设计了高功率、高效率掺铒光纤超荧光光源的参数。采用商用掺铒光纤,针对双程后向结构,首先仿真了光源输出功率和带宽随掺铒光纤长度的变化,并用对等实验验证了模拟结果,初步确定掺铒光纤长度的优化范围;理论研究了反射镜反射率对光源性能的影响,计算出最佳反射率并模拟了该反射率下光源的输出光谱;实验研究了抽运功率对光源平均波长的影响,确定了优化的抽运功率范围,并进一步确定了掺铒光纤的优化长度。实验选用110mW抽运功率,13.74m掺铒光纤,获得了输出功率为46.9mW的高功率光纤光源,其抽运转换效率可达42.6%,且光源保持了约34.54nm的宽带宽。     

增益导引折射率反导引大模场光纤激光器特性分析

为了研究增益导引折射率反导引光纤激光器的功率分布及输出特性,根据此类光纤的结构原理和特点,建立了端面抽运的增益导引折射率反导引光纤激光器的基模光速率方程,推导了避免激发高阶模的增益阈值判决条件,并运用弦切法和Runge-Kutta法数值求解了该速率方程,分析了光纤长度、腔镜反射率等参量对基模输出功率的影响.采用芯径为1...     

光纤光栅外腔半导体激光器的理论及实验研究

对影响光纤光栅外腔半导体激光器特性的几个重要因素(光纤光栅长度、耦合系数、内腔反射系数)进行了理论分析和数值模拟。从实验上进行了验证,实测了不同反射率情况下激光器的激射光谱,得到了带宽为0.1nm、出纤功率达417.4μW、边模抑制比高达37.9dB的激光谱线。验证的结果表明,理论分析、数值模拟、实验结果是吻合的。     

一种新型折射率掺镱双包层光纤

为了提高光纤放大器单纤输出功率,设计了一种新型折射率掺镱双包层光纤,纤芯直径30μm,包层直径125μm。采用一种改良的高温气相掺杂技术和改进的化学气相沉积法制作,纤芯折射率分布为凹陷型结构,掺杂区为低折射率区。对光纤的荧光特性、模场特性以及放大特性进行了测试。试验结果表明,该新型折射率分布设计有利于纤芯对抽运光吸收,荧光输出平坦,对光纤进行弯曲处理可实现平坦模场的能量输出,5m光纤实现了40dB 高功率飞秒信号光放大,输出功率30kW。     

倍频激光薄膜——1.06微米高透与0.53微米高反膜

在λ/4多层膜上增加一层附加层,获得了1.06微米波长高透和0.53微米波长高反,其主要结果:1.06微米,T>99.3％;0.53微米,R>99.6％。     

低重复频率脉冲掺镱光纤放大器

为了研究低重复频率两级脉冲掺Yb3+光纤放大器,采用脉冲信号驱动的半导体激光器作为种子光源,产生重频100Hz、半峰全宽100ns、能量30nJ的矩形光脉冲。第1级放大采用单模掺Yb3+光纤放大器,双程放大方案有效地抑制了放大自发辐射,放大后的脉冲能量达到了8.2μJ。第2级放大采用纤芯直径15μm的双包层掺Yb3+光纤放大器,大功率多模半导体激光器连续抽运。结果在抽运功率为7.3W时,放大输出脉冲能量达到了242μJ,放大输出半峰全宽压缩为29ns。输出的光束质量较好,为准单模输出。结果表明,该光纤放大器输出脉冲能量高,具有全光纤化、结构简单的特点。     

利用光纤环镜进行优化的掺镱光纤激光器

提出了利用光纤环形镜和高反射率光纤光栅做腔镜的F P腔掺镱光纤激光器的优化设计结构。光纤环形镜的宽带反射特性使抽运光能够充分被介质吸收 ,提高激光器的转化效率 ;其反射率可调特性容易得到最佳耦合输出比 ,当光纤长度改变时 ,不必更换输出腔镜就可以得到最佳功率输出。光纤长度 7m ,抽运功率 5 1mW时 ,激光器输出功率为 5 6 5mW ,斜率效率为 19%。与其他结构光纤激光器相比 ,这种优化结构效率更高     

毫秒/纳秒激光致碳纤维环氧树脂损伤形貌研究

为了研究碳纤维环氧树脂在不同脉宽激光辐照下的损伤形貌,采用全自动变焦测量技术进行了实验验证,测量了碳纤维环氧树脂在毫秒/纳秒脉冲激光辐照下,损伤面积、损伤深度以及损伤形貌随激光能量密度的变化。结果表明,在毫秒脉冲激光作用下,材料损伤区域中心会产生一定的温度积累,损伤区域有一定的热效应,出现熔融、热解等现象,当激光能量密度为20.5J/cm2时,材料的损伤深度达到了47.3μm,材料表面析出的碳化物的高度为157.1μm,损伤深度以及表面碳化物的高度都随着能量密度的增大而增大;在纳秒激光作用下,光斑周围有明显的热反应区域,当能量密度大于47.3J/cm2时,表面的热反应区尤为明显,损伤面积随激光能量密度的增大明显增大,由于作用时间较短,损伤主要为表层损伤;树脂热解的气体向外膨胀,导致纤维结构断裂。研究结果为激光对碳纤维环氧树脂的损伤效果提供了实验依据。