光纤长度优化的高功率铒镱共掺光纤放大器

为了研究不同增益光纤长度下1555nm高功率光纤放大器的输出功率,采用两级混合结构的方法,用掺铒光纤放大器和双包层铒镱共掺光纤放大器分别作为1级预放大器和2级主放大器。掺铒光纤放大器对信号光进行预放大,并提高放大器的信噪比;双包层铒镱共掺光纤放大器为主放大器,其双包层结构可以把更多的多模抽运光耦合进系统。对铒镱共掺光纤的最佳长度做了理论分析和实验验证,在信号光功率为10mW、掺铒光纤放大器的抽运功率为318.58mW、双包层铒镱共掺光纤放大器的抽运功率为11.71W、增益光纤长度为14m时,输出功率取得了2.11W的实验数据。在分析输出信号光谱时发现,L波段附近有放大自发辐射谱出现,这是选择的增益光纤过长导致的。结果表明,在光功率和信号光功率一定时,光纤放大器有一个最佳的光纤长度。这一结果对研究光纤放大器的高功率输出是有帮助的。     

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.     

百瓦级全光纤双包层光子晶体光纤放大器

利用双包层掺镱光子晶体光纤(DC-PCF)作为增益光纤,设计制作了全光纤双包层光子晶体光纤放大器。实验制作了匹配DC-PCF的(6+1)×1端面抽运耦合器,6根抽运光纤采用包层直径、纤芯直径分别为105μm和125μm(数值孔径为0.22)的多模光纤,信号光纤采用普通单模光纤。利用套管法制作端面抽运耦合器,并将制作完成的耦合器与DC-PCF直接熔接,再对光子晶体光纤进行锥棒熔接,锥棒输出端面镀1000~1100nm的增透膜,以防止激光反馈对整个放大系统产生影响。对全光纤双包层光子晶体光纤放大器进行测试,使用976nm的抽运源提供能量,信号光使用波长为1064nm、功率为2 W的连续光。当抽运功率达到最大值151.83 W时,最大输出功率为108.1 W,斜率效率为72.7%。输出光斑为很好的基模光斑,体现了光子晶体光纤在具有大模场面积的同时仍能保持基模传输的优良特性。     

激光二极管抽运掺Yb3+光纤放大器获得2.41W超短脉冲输出

对国产掺镱(Yb3 )双包层大模场面积光纤超短脉冲放大器进行了系统的实验研究。以自己搭建的脉冲宽度为2.3ps,重复频率为95MHz的全固态锁模激光器作为种子源,以976nm大功率光纤耦合激光二极管为抽运源,以1.6m国产掺Yb3 双包层大模场面积光纤为增益介质,在11.2W的入纤抽运功率下,将平均功率为100mW的脉冲种子光放大到平均功率2.41W,单脉冲能量达到了25nJ,放大后脉冲的宽度(时域宽度)和光谱都有所展宽。     

反折射率增益导引光纤放大器增益特性分析

为了能够更好地研究反折射率增益导引光纤的工作特性及掺镱反折射率增益导引光纤放大器模型,分析其对信号光的放大特性,利用信号光饱和参量S方法,求解速率方程,针对100μm芯径特征尺寸,进行了理论分析及仿真计算。结果表明,在特定的掺杂离子浓度和抽运功率下,得到信号光增益与光纤长度的相互关系,并得到最佳光纤长度、掺杂离子浓度和抽运功率的数值曲线,与普通的光纤放大器相比,其放大特性有很大的提高。     

LD抽运主振荡功率放大结构4.1kW全光纤激光器

利用半导体激光器(LD)抽运大模场增益光纤实现了输出功率大于4kW的主振荡功率放大结构全光纤激光器。实验研究了增益光纤纤芯直径和抽运波长不同情况下激光器的受激拉曼散射(SRS)和横向模式不稳定(TMI)特性。为了抑制SRS,选择纤芯为30μm的大模场掺镱光纤作为增益介质;为了抑制光纤放大器中的TMI,利用增益光纤吸收系数较低波段对应的915nm LD作为抽运源,将增益光纤弯曲半径降低到10cm以提高高阶模的损耗。在种子功率为100 W、最高注入抽运功率为5.3kW时获得了4.1kW的功率输出,光束质量M2为2.2,输出激光中无SRS和TMI现象。     

高效率纤芯同带抽运铒镱共掺光纤放大器

搭建了输出1535nm激光的铒镱共掺光纤放大器,通过注入1064nm信号光以抑制Yb离子波段处的放大自发辐射光,放大后的1535nm最大功率为3.2W。然后利用1535nm激光进行了1570nm种子光纤芯同带抽运铒镱共掺光纤放大实验,研究了在不同功率的抽运光时放大器的输出功率和光谱。当种子光功率为80mW,铒镱共掺光纤长度为5m,1535nm抽运光为2.1W时,放大器最大输出功率为1.22W,斜率效率为58.4%。同时进行了常规的976nm包层抽运1570nm种子光的对比实验。基于同一种子光和相同长度的增益光纤,常规抽运方式的斜率效率为23.7%。实验结果证明了同带抽运方式具有更高的转换效率。     

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。     

大模场掺铥光纤增益特性研究

为了进一步提升光纤激光器的输出功率,采用大模场面积掺铥光纤来抑制非线性效应,利用非均匀布喇格掺铥光纤结构,通过优化参量,在满足单模传输条件下获得模场面积为719μm2的大模场面积光纤。基于此光纤建立了793nm波长抽运下大模场掺铥光纤放大器理论模型。由于大模场面积光纤能降低光功率密度,抑制Stokes光功率,因此该种光纤放大器在高抽运功率下相比普通单模光纤放大器能够得到更大的输出功率。结果表明,当抽运光功率为100W时,所设计大模场面积光纤与普通单模光纤相比,转换效率提高5%,达到40%,输出功率达到41.01W。以上研究对于实际掺铥光纤放大器的设计有重要应用价值。     

全光纤高功率1091nm MOPA激光器

搭建了一台基于双包层掺镱光纤的全光纤结构1091 nm主振荡功率放大(MOPA)激光器.种子源为自行搭建的线形驻波腔掺镱光纤振荡器,最大输出功率为56 mW,放大的自发辐射(ASE)抑制比大于35 dB.通过两级预放结构放大后,种子功率达到3W.主放级为一个大模场双包层掺镱光纤放大器,最大输出功率达到41.6W,斜率效...     

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．     

Er^3＋/Yb^3＋共掺光纤放大器小信号放大特性

基于速率方程,文中研究了双包层Er^3＋/Yb^3＋共掺光纤放大器小信号放大时的放大特性和噪声特性。结果表明：双包层Er3＋/Yb3＋共掺光纤放大器对波长为1550nm的小信号具有良好的放大特性,反向泵浦,当泵浦功率超过2W时,放大增益可超过60dB;同时,该放大器对C波段的小信号亦具有良好的放大特性,其3dB增益带宽达到54nm。该研究进一步表明双包层Er^3＋/Yb^3＋共掺光纤放大器在C波段具有良好的噪声特性,小信号放大时,噪声系数接近于EDFA的噪声极限。     

Optimization of pulse amplification in ytterbium-doped double-clad fiber amplifiers

In the present paper, high-power continuous-wave (CW)-pumped ytterbium-doped double-clad (YDDC) fiber amplifiers for the amplification of nanosecond pulses with tens of kilohertz repetition rates are numerically studied. Targeting pulse energy and average output power, the fiber amplifiers under forward, backward, and bidirectional pump are systematically analyzed and optimized in consideration of pump and signal wavelengths, pulse repetition rate, fiber structure and length, dopant concentration, and Raman effect, etc.     

多点抽运双包层光纤激光器理论及数值分析

大功率双包层光纤激光器采用分布式多点抽运有利于功率扩展和输出特性的优化.采用数值模拟的方法分别计算了正向多点抽运和反向多点抽运,得出了不同抽运光反射限制和不同的光纤长度条件下抽运点数与输出功率的关系,以及不同抽运点数和不同抽运光反射限制下的光纤最佳长度,并进一步得出,多点抽运时,通过在双包层光纤内包层写入光栅的方法对抽运光进行反射限制可以大大改善光纤激光器的输出特性.这些结论对多点抽运双包层光纤激光器的结构优化具有指导意义.     

有限元法模拟掺镱光纤放大器的脉冲放大特性

为了简单、快捷地模拟掺镱双包层光纤放大器的脉冲放大特性,采用有限元软件FEMLAB模拟掺Yb3+双包层光纤放大器的脉冲放大特性。用与快速傅里叶法模拟Yb3+光纤放大器脉冲放大特性相同的参量计算了在915nm前向抽运下,光纤放大器中的上能级粒子数,抽运光和放大自发辐射在光纤中的稳态分布,以及高斯脉冲和方波脉冲的输出、能量及增益特性,得到的与快速傅里叶法模拟的一致的粒子分布图等特征图,而且比快速傅里叶法得到更多和更准确的结果。结果表明,应用FEMLAB只需根据掺Yb3+光纤放大器的方程组,可以方便、快捷地确定参数进行数值模拟,对掺镱光纤放大器的系统设计和参量优化具有很好的参考价值。     

一种用于高功率光纤放大器的侧面抽运耦合器

报道了一种应用于高功率光纤放大器的侧面抽运耦合器。采用熔融拉锥工艺以及最基本的2×1耦合方式, 实现了高耦合效率、高隔离度的光纤侧面耦合器的研制。通过对多种不同光纤组合的研究, 发现采用外径125 μm, 数值孔径为0.46的无源双包层光纤做信号传输光纤和抽运耦合光纤, 可获得高达74％的抽运耦合效率; 耦合器信号光通过率为95％; 信号输入端与抽运输入端的隔离度大于50 dB; 抽运输入端对输出端反向传输光的隔离度 为20 dB。采用该侧面耦合器, 实现了输出功率达1 W的窄线宽全光纤放大器。     

基于MOPA结构的1550 nm单频脉冲光纤激光器

人眼安全的1550 nm全光纤单频脉冲激光器具有广泛且诱人的应用前景。本文所研制的激光器采用全光纤主振荡功率放大(MOPA)结构和腔外声光调制的方法,一级预放大级采用1.5 m单模保偏掺铒光纤,输出功率21.45 mW;二级预放大级采用1.5 m双包层保偏铒镱共掺光纤,输出功率253.6 mW;功率放大级采用1 m双包层保偏大芯径铒镱共掺光纤,泵浦功率15.9 W时,最终实现了输出功率2.6 W、脉宽260 ns、重复频率10 kHz的单频脉冲激光输出。通过对各级增益光纤和无源光纤的长度优化,成功抑制了放大自发辐射(ASE)和受激布里渊散射(SBS),消除了放大过程中噪声的影响,得到了峰值功率1 KW的稳定单频脉冲特性。     

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。     

1053 nm掺Yb3+双包层光纤放大器脉冲放大特性研究

从掺Yb^3＋光纤放大器（YDFA）的功率传输方程出发，采用有限差分法对掺Yb^3＋双包层光纤放大器在1053nm的脉冲放大特性进行数值分析。模拟计算了在977nm前向抽运下，光纤放大器中的上能级粒子数，抽运光和放大自发辐射（ASE）在光纤中的稳态分布。分析了掺Yb^3＋双包层光纤放大器的单脉冲波形畸变以及控制输入脉冲形状来产生需要的超高斯输出脉冲形状。讨论了最佳长度以及抽运方式差别等问题。