57 W 2.05μm单横模掺铥光纤激光MOPA

基于商用单模掺铥石英光纤设计了高功率2.05μm波段全光纤主振荡功率放大器（MOPA）。以自制环形腔掺铥光纤激光器为种子,利用级联滤波型波分复用器优化长波长种子的光信噪比,基于MOPA结构实现了高效的高功率输出。基于速率方程模型,理论分析了主放大级的注入信号光功率和增益光纤长度的优化关系;实验中在102.6 W的793 nm泵浦功率下获得了输出功率为57 W、光谱线宽为0.08 nm、光信噪比为58.8 dB的单横模激光输出,主放大级斜效率为52.6%。     

掺镱全光纤激光器研究

用自制耦合器搭建了全光纤激光振荡器,通过不同的泵浦方式对全光纤激光器进行了实验研究。实验装置中加入包层光剥离器,纤芯/包层分别为20/400 μm的有源光纤作为增益光纤。实验中未加特定的冷却装置,选用2个110 W激光二极管分别进行前向和后向泵浦,在总泵浦功率223.6 W时,前向泵浦方式中获得激光功率输出152.2 W,光-光转换效率69%;后向泵浦方式中,激光功率输出156.5 W,光-光转换效率70%。最后,进行了双向泵浦实验,泵浦光功率443.8 W时,1080 nm近单模激光功率输出311 W,光-光转换效率70%。进一步增加泵浦功率,会获得更高功率的1080nm激光输出。     

基于随机光栅的可调谐随机光纤激光器

提出一种基于随机光栅与高反射布拉格光栅(FBG)相结合的可调谐随机光纤激光器。利用980nm泵浦光源泵浦一段7m长的掺铒光纤(EDF)进行增益放大,由随机光栅提供随机反馈。随机光栅长7cm,具有约10000个折射率修改点,这些点由飞秒激光逐点写入,并沿光纤方向随机分布,两点相邻间隔小于10μm。同时,利用中心波长为1548nm的高反射FBG来组成半开放腔结构,实现了随机激光的输出。实验测得的泵浦阈值功率仅为18mW,斜率效率高达13.2%,并通过改变FBG的中心波长,实现了输出激光波长的可调谐,调谐范围为4.45nm(1548.04~1552.49nm)。得益于半开放式激光腔的设计和EDF的高增益,整个系统具有阈值低、效率高、结构简单等优点。     

利用1．313μm激光泵浦掺铒石英光纤产生上转换放大自发辐射

报道了利用１．３１３μｍ波长调Ｑ锁模Ｎｄ３＋：ＹＬＦ激光泵浦国产掺铒石英光纤同时产生可见光４６３ｎｍ（４６３ｎｍ，４７５ｎｍ，４８５ｎｍ，４９４ｎｍ，５０１ｎｍ，５１０ｎｍ），５２５ｎｍ，５４０ｎｍ（５２５～５６４ｎｍ），二次谐波信号６５６ｎｍ（６５６～６７５ｎｍ）和近红外８０４ｎｍ（７８４～８２０ｎｍ）等波段放大自发辐射的实验结果．在可见光４６３ｎｍ波段，在高泵浦功率下观察到随泵浦光功率增大，邻近几个中心波长与４６３ｎｍ波长信号产生类似级联共振放大增强的现象。同时发现几个中心波长辐射光谱宽度随泵浦光功率增加有加宽的关系，这与现有实验结果报道不一致。实验中还发现３ｍ长光纤与４．５ｍ长光纤在输出可见光自发辐射光谱方面有很大的不同．３ｍ光纤在相等泵浦光功率下．出现邻近波长共振放大加强的几率比４．５ｍ光纤小得多。根据能级跃迁关系提出了共振四光子吸收将基态４Ｉ１５／２离子抽运到高能态２Ｇ７／２，然后跃迁辐射回到４Ｉ１３／２态的机制，给出了实验结果的初步机理解释。     

1053 nm掺Yb光纤放大器脉中放大实验研究

本文给出掺Ｙｂ光纤脉冲放大的实验结果,在一段长１８ｍ的Ｙｂ光纤中获得了超过２６ｄＢ的增益．利用１．０５３μｍ单模ＬＤ激光器作注入信号．重复频率为１ｋＨｚ,脉宽分别为１μｓ、２μｓ、５μｓ、１０μｓ．增益与泵浦功率等关系的实验结果表明增益对泵浦功率、光纤长度和信号功率敏感。当小信号放大时,输出脉冲不失真,表明该放大器可用于高脉冲能量激光的前置放大．     

高功率光纤激光器反向光放大和损伤特性数值分析

利用速率方程模型对主振荡?功率放大器结构的1 μm波段掺镱（Yb）高功率光纤激光器中存在连续波反向信号光时的功率特性进行了理论分析,结果显示反向信号光功率会被高功率激光放大器所明显放大,10 kW级的光纤激光器中,100 W的反向信号经过放大器后功率会被放大至kW量级;与此同时,反向信号放大过程对反转粒子数的消耗会导致激光器的正向输出功率的严重下降。另外,反向信号放大也会导致放大器输出端的激光功率过强,加剧泵浦吸收和受激发射过程,增加该处的热负载、导致温度大幅上升100 ℃以上,对稳定性产生潜在影响。反向信号导致振荡器提供的正向种子光功率波动和下降时,正向信号不能充分饱和有源光纤中的增益,会进一步加强反向信号在主放大级中的放大作用,进而对系统造成更严重的影响。提高正向种子光功率、增强正向信号对激光增益的饱和作用,有助于抑制反向信号的放大过程,但需综合考虑种子源稳定性、热负载、热致模式不稳定和受激拉曼散射等因素合理选择种子光功率。     

全光纤结构的两级分布式窄线宽双包层光纤放大器

利用主振荡一功率放大(MOPA)技术,实验研究了两级级联、全光纤结构的窄线宽连续激光放大器.其中,以20dB光谱线宽0.078nm的窄线光纤激光器为信号光源,两个放大级中分别采用光纤侧面耦合器,(6+1)X1光纤合束器实现抽运光功率的耦合.以及使用1053nm单模纤芯的双包层掺镱光纤、大模场面积的掺镱双包层光纤作为增益光纤.在伞光纤结构放大器中,对第二级放大级中(6+1)X1抽运光注入端的反向传输光的光谱和功率进行了监测和分析.通过优化增益光纤的长度,抑制了掺镱光纤中自发辐射光的自牛激光振荡.在窄线宽激光放大过程中实现了中心波长1053 nm.总放大增益27.6 dB,功率16.09 W的稳定激光输出,没有发现受激布里渊散射和受激拉曼散射等非线性效应.     

940nm LD泵浦双包层掺镱光纤激光器的实验研究

对940nm半导体激光器泵浦的掺镱双包层光纤激光器进行了实验研究.在双端泵浦下,采用两种不同的腔结构对光纤激光器的输出特性进行研究.以光纤两端面构成平-平(F-P)腔获得了总功率为10.1W的连续激光输出,斜效率达40.5%,输出激光的光谱范围为1092～1103nm;以二色镜和光纤反馈端面构成平-平腔,获得单端输出功率为6.42W的连续激光输出, 输出激光的光谱范围为1091～1105nm,在此输出功率下测得功率不稳定度为1.6%(RMS).     

激光差频技术实现高平均功率3.8 μm纳秒中波红外激光输出实验研究

报道了利用脉冲激光差频技术获得波段在3.8μm纳秒中波红外激光输出的实验研究。分别研制了基于增益调制半导体激光器和"8字腔"锁模掺Yb光纤激光器的1094 nm纳秒脉冲激光种子,经光纤激光放大后获得平均功率为40 W的高光束质量线偏振泵浦光。研制了脉冲同步的1535 nm的信号光种子及输出平均功率为3 W的掺Er光纤激光放大器。将放大后的1535 nm线偏振信号光与1094 nm泵浦光共线入射到作为非线性晶体的周期性畴极化反转掺镁铌酸锂(PPMgLN)晶体中,利用激光差频技术实现了平均功率为5 W的3.8μm纳秒脉冲激光输出。     

百瓦级高能光纤激光器实验研究

试验研究了百瓦级端面泵浦高功率掺Yb~(3+)双包层光纤激光器.实现了最高功率621W激光输出.并利用有自主知识产权的粗光纤焊接技术,实现了全光纤结构单端泵浦125W激光输出,双端泵浦297W激光输出.     

外腔反馈式单频掺Er3 光纤激光器的优化设计

设计了以光纤Bragg光栅(FBG)作为外腔反馈元件的单频Er^3 光纤激光器，并对其进行了数值模拟。分析表明，采用FBG外腔结构可以实现稳定、无跳模的单频运转，且在一定范围内外腔越长、激光线宽越窄。为了获得较高的单频激光输出功率，将输出的信号光继续通过一段Er^3 光纤，利用剩余泵浦光对其放大。理论模拟得到单频输出功率为0．373mW，比放大前提高了7dB，斜率效率0．75％。     

High-power EDFA applied in distributed optical fiber Raman temperature sensor system

In this paper, a high-power erbium-doped fiber amplifier (EDFA) for the temperature sensor system is theoretically designed and experimentally demonstrated. It consists of an erbium-doped fiber that is pumped bidirectionally with two 980-nm high-power laser diodes (LDs). At the EDFA input, an optical isolator (ISO) is used to ensure that the signal pulse transmits forward only. After that, a wavelength division multiplexer (WDM) is employed to combine the forward pump laser (980 nm) and incident optical pulse (1550nm) into the erbium-doped fiber for direct amplification in the optical domain. At the EDFA output, another WDM couples the backward pump laser (980 nm) into the erbium-doped fiber and outputs the amplified optical pulse (1550 nm) with an ISO followed to isolate the backscattering light. According to this structure, we carried out the experiment in the condition as follows. For 980 nm pump LD, the operating current is 590 mA, and the setting temperature is 25℃. For EDFA, the length of erbium-doped fiber is 12.5 m, and the power of 1550 nm input signal is 1.5 mW. As a result, the power of pump LD is 330 mW, and the power uncertainty is 0.5%. The power of EDFA output at 1550 nm is 300 mW, and the power uncertainty is ±3 mW.     

基于受激布里渊散射的可调谐多波长激光器

可调谐多波长布里渊掺铒光纤激光器将光纤中的SBS非线性放大同掺铒光纤的线性放大相结合得到室温稳定的多波长输出,具有波长间隔一致、线宽窄、功率谱相对平坦等优点。设计了一种基于光纤布拉格(FBG)反射的线性可调谐多波长布里渊掺铒光纤激光器。该线性腔激光器的一端利用光纤布拉格光栅作为反射镜,有效抑制了腔内自激模的影响,增加激光器输出波长数。布里渊泵浦信号进入布里渊增益介质之前经过掺铒光纤放大器的两次放大,降低了布里渊增益的阈值。该多波长激光器实现了1 530～1 560 nm之间30 nm可调谐范围的输出。在布里渊泵浦信号功率2 mW,980 nm泵源抽运功率60 mW情况下,1 540～1 554 nm范围内,获得了波长间隔0.088 nm的16个波长的输出。     

1120nm窄线宽掺镱光纤激光器

为了获得窄线宽、高功率、长波长(相对于1030nm~1080nm)的1120nm光纤激光器,采用普通单模掺镱光纤和一对光纤布喇格光栅构建了该光纤激光器的谐振腔,为保证抽运光的完全吸收和避免非线性效应,对有源光纤的最佳长度进行了理论分析和实验验证。结果表明,激光器的阈值抽运功率为40mW、注入抽运功率为265mW时,激光器输出信号光功率35mW,光光转换效率为13.2%,激光器中心波长为1120.9nm,输出激光的谱线宽度为0.03nm。这种激光器的获得是因为采用了高反射率耦合输出光纤布喇格光栅、短谐振腔结构和低功率运转状态。该激光器可作为种子光注入光纤放大器。     

全光纤化高效Er3+-Yb3+共掺光纤放大器的实验研究

对全光纤化高功率Er<'3+>-Yb<'3+>共掺光纤(EYDF)放大器进行了实验研究.采用小芯径双包层EYDF作为增益介质,多模高功率915 nm半导体激光器作为泵浦源,实现了EYDF放大器的全光纤化.对分布反馈(DFB)激光器输出的窄带信号进行放大,得到了斜率效率约为27.2%、最高2.14 W的高功率输出;实验中...     

低掺杂铒纤上分布反馈布拉格光纤激光器的制作

采用准分子激光器成功地在低掺杂普通铒纤上制作出5 cm的光纤光栅分布反馈布拉格(DFB)激光器,铒纤的峰值吸收率为5 dB/m,在100 mW,980 nm抽运光条件下,光纤激光器的输出功率为50μW,边模抑制比为50 dB。使用耦合模理论分析了一段5 cm带相移的分布反馈布拉格光纤激光器输出光强同腔内损耗及相移量的关系,计算结果表明,光纤腔内的损耗对激光器的输出具有非常重要的影响,大的损耗对应获得最大功率的光栅耦合强度相应减小,因此,在低掺杂铒纤上制作分布反馈布拉格激光器必须正确估计光纤激光器的腔内损耗,选择合适的光栅耦合强度,可以获得较大的输出功率。     

掺镱双包层光纤放大器的放大特性

从掺镱(Yb)光纤放大器的功率传输方程出发,利用有限差分法对小模场面积(SMA)和大模场面积(LMA)掺镱双包层光纤放大器的放大特性进行了分析比较.采用模场直径(MFD)6.5μm和20μm的双包层掺镱光纤作为放大器增益介质进行窄线宽连续信号的放大,在915 nm激光抽运下模拟计算了大、小模场面积输出功率随输入信号功率、抽运光功率和光纤长度的变化特性,特别是对于大模场面积光纤放大器,最优光纤长度的选择至关重要;讨论了模场直径不同时的最优抽运功率和光纤长度的选择,得出4 m光纤放大时的临界抽运功率为4 W,理论与实验结果基本一致.为实际应用中根据信号光、抽运光、增益和模式等要求而选择光纤长度和类型等优化设计提供了理论依据.     

一种线形腔的多波长布里渊掺铒光纤激光器

布里渊掺铒光纤激光器(BEFL)是一种利用非线性效应——布里渊散射来实现多波长输出的激光器,波长间隔大约为0.088 nm(11 GHz).研究了一种多波长布里渊掺铒光纤激光器线形结构,通过引入反馈实现多波长输出.在布里渊泵浦功率为11 mW,980 nm泵浦功率为12 mW时获得了波长间隔为0.08 nm的34个波长的激光输出以及1 525～1 570 nm可调谐范围.并通过调节980 nm抽运光功率以及布里渊泵浦光波长,实现了可调谐的多波长输出.还研究了980 nm抽运光功率对产生的斯托克斯光波数的影响.     

基于MOPA结构的1064nm单频光纤激光器

为了抑制受激布里渊散射效应, 提高单频窄线宽种子源的放大功率, 采用主振荡功率放大器结构, 并对光纤长度、纤芯直径和抽运参量进行优化, 实现了42W的1064nm信号光输出。实验中, 一级放大采用914nm半导体激光器作为抽运源, 增益光纤芯径10μm, 长度8m;二级放大采用976nm半导体激光器作为抽运源, 增益光纤芯径20μm, 长度2.4m。在种子光功率40mW、一级放大的抽运功率6.8W、二级放大的抽运功率85W时, 得到了42W的1064nm信号光输出。结果表明, 光光转换效率约49.4%, 偏振消光比27.5dB; 输出信号光中心波长1064.5nm, 线宽约70MHz, 保持了种子光的单频特性。在42W连续输出时没有观察到受激布里渊散射, 继续增大抽运功率, 有望实现更高功率的放大。     

光纤光栅选频掺Yb3+光纤激光器

以波分复用器(WDM),光纤光栅和自行研制的掺Yb~(3+)单模光纤,采用新颖的全光纤连接方案,实现了1060nm窄线宽、线形腔激光器的成功运转。对不同长度掺镱光纤(YDF)所构成的激光器进行了实验研究,发现9m为最佳长度。入纤抽运阈值功率约为30mW,当入纤功率达到最大值42.8mW时,得到最大激光输出8.8mW,半宽<0.5nm,相对于入纤抽运功率的斜率效率为70.4％。