高功率光纤激光器反常模式不稳定效应实验研究

模式不稳定是限制当前高功率光纤激光器功率提升的主要因素。在近单模光纤激光器中,一般采用减小光纤弯曲直径的方法增加高阶模损耗、提升模式不稳定阈值;然而,少模光纤激光器中存在多个高阶模式,会导致动态模式不稳定（TMI）阈值随着弯曲直径减小而降低的反常模式不稳定现象。基于纤芯/包层直径为30/600μm的双包层掺镱光纤以及具有不同直径的光纤水冷柱,设计了一台后向泵浦的高功率光纤放大器,研究了该激光器中的反常模式不稳定现象。结果表明：当采用中心波长为976 nm的稳波长激光二极管（LD）作为泵浦源时,随着增益光纤弯曲直径由13 cm增加至16 cm,激光器的TMI阈值由1650 W提升至3740 W,提升幅度约为1.27倍,输出激光的相对亮度提升了87%。光纤弯曲直径的增加虽然会带来输出激光光束质量的轻微退化,但输出激光的相对亮度能够大幅提升。最终,结合光纤弯曲以及泵浦波长优化,实现了7.1 kW高亮度光纤激光输出,相对亮度为1293。     

高功率光纤激光器中反向抽运结构对模式不稳定的抑制

模式不稳定效应会影响高功率激光输出的光束质量,成为高功率光纤激光器定标放大过程中获得近衍射极限光斑的主要限制因素。基于模式耦合理论建立描述模式不稳定现象的半解析模型。理论模型的计算结果表明与正向抽运结构相比,反向抽运和双向抽运结构具有更高的模式不稳定阈值。通过实验对理论结果进行验证,发现反向抽运光纤激光器的模式不稳定阈值至少比正向抽运结构高50%。实验中搭建反向抽运光纤激光器,实现了2kW窄线宽高光束质量激光输出。     

1kW单模全光纤激光器实验研究

研究了高功率下光纤激光器实现单模激光输出的模式控制方式,分析了输出功率1kW的连续全光纤激光器的实现方法。采用一级振荡、一级放大的主振荡功率放大方式,实现了工作波长1.08μm,最大输出功率1.05 kW的全光纤连续激光输出,光-光转换效率77%,光束质量Mx2=1.43、My2=1.42。分析了光束质量变差的原因,认为在高功率下光纤弯曲导致原先在纤芯中传输的激光部分被泄露到包层中,在包层中传输激光使光束质量变差。针对某些特殊用途,对中心波长的稳定度进行了研究,经测量发现随着输出功率的增大,中心波长无明显变化。     

弯曲限模对大模场光纤横模不稳定效应的影响

横模不稳定效应已经逐渐成为引起高功率光纤激光光束质量急剧恶化并限制其输出功率进一步提升的首要瓶颈问题。基于全光纤化正向泵浦的窄线宽高功率放大平台，对大模场光纤激光器中的横模不稳定效应进行了一系列的探索研究。根据耦合模方程的计算结果，所用大模场光纤25/400 μm中LP₀₁、LP₁₁模之间的非线性耦合强度最大，这也直接诱导了横模不稳定效应的发生。为了抑制LP₁₁模在主放大级的产生和放大，通过弯曲限模这种可操作性强的模式滤波技术，将主放增益光纤的弯曲半径从6 cm缩小至5 cm的过程中，高功率光纤激光系统的横模不稳定阈值从1000 W量级提高到了1600 W量级，而且激光器的其他输出性能几乎没有受到影响。这为构建实际的窄线宽高功率全光纤化的激光系统提供了强有力的实验参照。     

高功率光纤激光器热效应数值模拟方法研究

为了保证光纤激光器安全稳定运行,研究高功率光纤激光器热效应数值模拟方法。考虑激光和泵浦光散射损耗构建激光器稳态速率方程,明确光纤温度分布规律,根据该规律构建激光晶体三维瞬态导热方程,以输入功率、热换系数、泵浦模式、光纤参数值为基础,运用MATLAB软件模拟高功率光纤激光器热效应,结果表明,热换系数增加可降低光纤温度,输入功率越大激光器温度越高,光纤半径越大纤芯温度越低,但会发生光谱展宽现象,所以选择合适的光纤参数提升光束质量,为高功率光纤激光器稳定运行提供参考与借鉴。     

高功率全光纤放大器的高阶模激发阈值特性研究

在基于大模场面积的高功率光纤放大器中,随着放大激光功率的提升而出现的高阶模激发现象,将会导致放大激光的光束质量严重下降。以光纤模式的弯曲损耗特性为基础,研究了光纤弯曲半径对高功率全光纤放大器高阶模激发阈值特性的影响。搭建了掺镱全光纤窄线宽高功率主振荡放大系统,设计了不同弯曲半径的水冷光纤盘,进行了相应对比实验。通过优化光纤盘半径,成功抑制了高功率光纤放大器中的高阶模激发,得到了千瓦量级的近单模激光输出,在输出功率为1.31 k W时光束质量因子M2约为1.4。     

超大模场硫系玻璃光子晶体光纤研究进展

近年来迅速发展的中红外高功率激光技术迫切需要具有输出光束质量高、质量轻、结构紧凑等特性的中红外光纤介质,用于实现激光产生、传输等。在中红外玻璃中,硫系玻璃具有最宽的透光范围;同时,硫系玻璃又具有最高的折射率和非线性折射率系数,因此它们被认为是理想的产生和传输中红外激光的光纤基质。然而,硫系玻璃网络结构由弱化学键组成,使得硫系玻璃光纤具有较低的激光损伤阈值,这与高功率激光应用需求相矛盾。在不牺牲光纤输出光束质量的前提下,大模场光子晶体光纤技术是优选的实现功率提升的技术方案。本文首先介绍了中红外激光的高功率应用需求和中红外光纤材料低激光损伤阈值之间存在的矛盾,继而对面向中红外高功率激光应用的超大模场硫系玻璃光子晶体光纤的发展进行了综述,详细描述了超大模场硫系玻璃光子晶体光纤设计、制备、材料选择、光纤性能表征等过程,并对其应用前景和存在的技术瓶颈进行了讨论和展望。结果表明,超大模场硫系玻璃光子晶体光纤有望被应用于百瓦级中红外高功率激光应用场景中。     

高功率固体激光器的光纤耦合研究

对高功率固体激光器的光纤耦合进行了理论设计和实验研究.高功率固体激光器的光束质量随着输出功率的增加而变差,根据入射激光的光束质量,计算得到传输光纤的最小芯径和耦合透镜的有效焦距.该研究成功实现了高功率固体激光器光纤输出功率大于500 W,耦合效率大于90％,满足科研工作及工业应用需要.     

1 kW全光纤激光器实验研究

研究了输出功率1 kW的连续全光纤激光器的实现方法。采用双端泵浦单谐振腔方式,通过优化增益光纤及光纤光栅参数,实现了工作波长1.08μm,最大输出功率1.03 kW的全光纤连续激光输出,光-光转换效率74.6%,斜效率75%。输出功率为272 W时光束质量M2x=1.39,M2y=1.43。分析了光束质量变差的原因,认为在高功率下光纤光栅、合束器及熔点导致原先在纤芯中传输的激光部分被泄露到包层中,在包层中传输的激光使光束质量变差。提出了进一步改进的方法。     

国产双锥形光纤实现4kW单模激光输出

基于自主研制的双锥形掺镱双包层光纤,开展了全光纤高功率光纤激光放大实验。激光系统实现了中心波长为1080 nm、最高功率为4 kW的单模激光输出,其光光效率和斜率效率分别为82%和83%,质量因子(M²)为1.33,拉曼抑制比为44 dB。实验结果表明,双锥形光纤具有同时提高非线性效应和模式不稳定性效应阈值的优势,有利于进一步提升高光束质量光纤激光器的输出功率。     

中红外光纤激光器的研究进展

中红外光纤激光器因其特殊的输出波长和良好的光束质量,在军事、大气通信、生物医疗等领域有着广泛的应用前景。从不同掺杂稀土离子的角度介绍了氟化物玻璃和硫化物玻璃中红外光纤激光器的工作原理和结构,并阐述了国内外最新的研究进展。同时,介绍了本研究小组在中红外光纤激光器方面的研究工作及取得的最新成果。最后,对中红外光纤激光器的发展前景进行了展望。     

极宽频带光纤和极宽频带通信系统

比较了关于光子晶体光纤的水平论述和关于靶向设计的极宽频带三包层单模光纤的观点。基于宏观麦克斯韦方程建立物理模型,提出了靶向设计方法。估算了极宽频带三包层单模光纤批量生产可以接受的公差。研究了服务于宽带中国国家战略的极宽频带光纤和极宽带通信系统。讨论了我国光纤产业的三项目标。     

分布式掺铒光纤放大器的理论分析

给出了一种分析分布式掺铒光纤放大器的理论方法，可以对放大器的信号增益和泵浦吸收进行分析，并能够为分布式掺铒光纤放大器的设计提供理论依据。通过推导得出了基本公式，并就一些特殊情况作了讨论。该方法适用于１４８０ｎｍ和９８０ｎｍ泵浦的放大器系统。     

利用普通熔融拉锥机实现光子晶体光纤拉锥

光子晶体光纤的拉锥是实现光子晶体光纤潜在应用价值的重要技术手段。通过优化普通光纤拉锥机的参数,利用"快速低温"拉锥法有效控制了光子晶体光纤空气孔的相对塌缩。实验中实现了两种不同光子晶体光纤的拉锥,光纤外径分别从原来的125μm拉锥到50μm和30μm,光纤的孔直径和孔间距之比基本保持不变,拉锥损耗小于0.4 dB。基于普通熔融拉锥机的光子晶体光纤低损耗拉锥为光纤器件的制作奠定了基础。     

光纤通信技术讲座--(二):光纤传输原理、特性和应用

首先介绍光纤结构和类型,然后阐述光纤传输的原理、特性和应用.     

均匀干涉场中的啁啾光纤光栅的成栅技术

从改变有效折射率、光栅常数及同时改变有效折射率与光栅常数三个方面介绍啁啾光纤光栅成栅技术,并分析讨论每种技术的特点。     

河北移动综合业务引入光纤配比模型探讨

提出了河北移动城市光纤网络建设的总体策略,引出了综合业务引入光纤配比的两种不同的方式以及光缆交接箱和用户光纤及光缆的选择策略,在此基础上提出了基于客户数量和客户业务种类的方式来建光纤配比模型及相关的计算公式.     

结构稳定的掺Er3+光纤环形腔激光器

报道了一种腔体结构稳定的掺Er3+光纤环形腔激光器的激光输出特性。用976nm半导体激光器作为泵浦源,采用偏振不灵敏型光纤隔离器(P-InsensitiveISO,环形腔内分别采用和不采用光纤偏振控制器),产生了最大功率为0.94mW和0.33mW,波长分别为1.5581μm,1.536μm稳定的激光输出。     

光纤激光器

近年来光纤激光器得到了迅速发展。本文简要介绍了光纤激光器的基本原理和特点，并对其进行了较为详细的分类。最后指出了光纤激光器在光通信、工业加工、医疗等领域的应用及其未来的发展方向。     

光子晶体光纤的传输性能

文章首先提出了石英玻璃单模光纤在高速率、大容量和远距离光纤通信中应用时存在的问题,然后在介绍光子晶体光纤的结构特点、导光机理的基础上,简要地阐述了光子晶体光纤的研究历史和最新研究成果;最后综述了光子晶体光纤的衰减、色散和非线性效应等传输性能.