双包层掺镱光纤研究进展

双包层掺镱光纤技术使高功率光纤激光器和放大器成为可能。最近几年随着制造技术和器件应用技术的发展双包层掺镱光纤也有了飞速发展,但是激光器的输出功率却受到受激拉曼散射和布里渊散射等非线性效应的限制,可以通过降低纤芯数值孔径、大模面积等方式来克服这种限制。分析和讨论了双包层掺镱光纤的激光放大原理、大模面积双包层掺镱光纤、多芯双包层掺镱光纤和微结构双包层掺镱光纤,介绍了掺镱光纤的研究现状和发展趋势。     

掺镱双包层光纤吸收特性的研究

对掺镱双包层光纤的吸收特性进行了研究。采用光纤截断法和包层模剥除技术，实现了掺镱双包层光纤纤芯吸收系数的精确测量，测量结果与实际吸收系数的测量误差小于5％。利用白光光源测量掺镱双包层光纤的损耗谱，对其有效吸收系数进行了详细的实验研究，发现有效吸收系数随着光纤长度的增加而减小，随着光纤纤芯直径的增加而增大，在不同弯曲状态下有效吸收系数的测量表明，在弯曲时不同内包层形状的掺镱双包层光纤的吸收特性并不相同，其中D型掺镱双包层光纤对976nm波长的有效吸收系数没有增大。     

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.     

国产化大模场掺镱光子晶体光纤的设计与制备

文章作者设计了大模场双包层光子晶体光纤(PCF)的波导结构,并采用自主知识产权的专利技术,在国内首次制备出了高数值孔径大模场掺镱双包层光子晶体光纤.该光子晶体光纤的内包层数值孔径为0.65,纤芯数值孔径为0.06,有效模场面积为1465.7/μm2     

大模场面积光子晶体光纤全正色散自相似锁模激光器

通过数值模拟和实验研究了一种基于大模场面积光子晶体光纤的高功率全正色散自相似锁模激光器。激光器采用长为1.9 m的掺镱双包层大模场面积光子晶体光纤作为增益介质,腔内没有引入色散图,整个激光器工作在全正色散域。激光器采用环形腔结构,利用非线性偏振旋转锁模和一个窄带高斯滤波器实现了稳定的自相似锁模运转。实验最终获得了直接输出平均功率为5 W,重复频率为72 MHz,单脉冲能量超过69 n J,脉冲宽度为1.699 ps的自相似锁模脉冲输出,经过腔外1200 line/mm的透射光栅对压缩后脉宽为84 fs。激光器可以实现自启动锁模,光束质量因子M2为1.41。     

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。     

微结构掺镱双包层光纤的研究

近年来掺健光纤激光器的研究有了较大发展,出现了用于高功率光纤激光器的双包层掺镱光纤(DCYDF)。双包层掺镱光纤的纤芯作为单模波导用于传输信号光。．内包层设计为多模波导用于传输泵浦光。由于微结构光纤具有可控的周期性折射率并且其模场面积可通过结构参数的调整而加以控制．因此这类光纤在光纤激光器和放大器中有着广泛的应用前景。文章作者根据高功率光纤激光器的性能要求．设计和制备了内包层为D形和六边形的微结构掺镱双包层光纤。     

百皮秒激光脉冲的全光纤放大及应用

为了得到高单脉冲能量的百皮秒激光脉冲,采用自制的被动锁模掺镱光纤激光器获得了100ps的激光脉冲输出,在此基础上采用两级全光纤结构主振荡功率放大器进行功率放大,其中预放大级采用7m纤芯的双包层掺镱光纤做增益介质,得到平均功率160mW的稳定脉冲输出;主放大级采用20m纤芯的双包层掺镱光纤做增益介质,在抽运功率逐步增加到35.37W时,输出功率达到了16.60W,相应的单脉冲能量为1.63J,峰值功率为16.61kW。此外,主放大级输出的激光通过自制的模场转换器与光子晶体光纤(纤芯4.6m)成功熔接,得到了2.85W的白光超连续光谱,光谱波长覆盖了600nm~1700nm的检测范围。结果表明,此激光可用于超连续谱光源的产生。     

耗散孤子脉冲的放大和超连续光谱的产生

研究了耗散孤子的放大和非线性展宽的动力学过程,成功研制了一种紧凑型高相干性的全光纤超连续光谱源。种子源为工作在全正色散域的耗散型全光纤锁模激光器,采用了非线性偏振旋转锁模技术,输出的耗散孤子脉冲宽度为5.18ps,重复频率为24MHz。种子光脉冲经过15m双包层掺镱光纤放大后,耦合到长度为10m的光子晶体光纤中,产生了超过一个倍频程的超连续光谱(550~1750nm),最大输出功率为700mW。系统研究了耗散孤子的放大过程以及光子晶体光纤反常色散区产生超连续谱的动力学过程和机理。     

高功率可调谐皮秒光纤激光产生技术

实验研究了一种基于增益开关激光二极管和掺镱光纤放大器的高功率可调谐皮秒激光脉冲产生技术与系统.采用增益开关激光二极管作为种子源,多级掺镱单模光纤预放大器和两级大模场双包层掺镱光纤主放大器构成的放大系统,以及增益补偿技术、可调谐滤波技术、Sagnac环技术和包层泵浦技术相结合的方法,获得了中心波长1 053～1 073 ...     

Highly nonlinear bismuth-oxide fiber for supercontinuum generation and femtosecond pulse compression

Highly nonlinear normally dispersive bismuth-oxide fiber shows promise for applications such as supercontinuum generation and femtosecond pulse compression in the telecommunications-wavelength range. To generate a wideband and flat supercontinuum spectrum, the balance between fiber nonlinearity and normal group velocity dispersion (GVD) is important. Highly nonlinear bismuth-oxide fiber exhibits a large nonlinearity due to the small effective area and nonlinear index of the host glass material. The fiber also has a relatively flat dispersion profile over a large wavelength range. Utilizing these features, we generate a smooth unstructured supercontinuum between 1200 and 1800 nm. This supercontinuum is passed through a grating pair, and pulses, originally of 150-fs length, are compressed to 25 fs.     

掺Yb相移分布反馈光纤激光器的后期制作与研究

采用二次曝光法先在一根10cm长的掺Yb光纤上制作出近似λ/4相移分布反馈(DFB)掺Yb光纤激光器。再利用紫外修整的方法,同时通过F-P扫描干涉仪及示波器实时监控激光运行模式,获得了阈值低而单纵模运行特性好的λ/4相移DFB掺Yb光纤激光器。所制作的激光器阈值为20mW。当抽运功率为130mW时,获得了25mW的1053um单纵模激光。     

掺镱光纤激光器中的自脉冲效应

高功率光纤激光器多选用掺镱双包层光纤作为增益介质。掺镱双包层光纤与普通非掺杂光纤相似,由于纤芯尺寸非常小,一般为几微米至几十微米量级,极容易产生自脉冲效应。进行了大功率条件下掺镱光纤激光器自脉冲效应的研究,观察到不同的自脉冲现象。 研究结果表明,在大功率激光作用下,尽管镱离子不存在浓度淬灭,但是对于大芯径掺镱双包层光纤,与其他三能级系统相同,均存在弛豫振荡引发的饱和吸收自脉冲效应。掺镱光纤激光器中的饱和吸收效应、受激布里渊散射、受激拉曼散射等自脉冲效应不容忽视。     

Short-Pulse Dual-Wavelength System Based on Mode-Locked Diode Lasers With a Single Polarization-Maintaining Yb:Fiber Amplifier

In this paper, we report on the development of a short-pulse dual-wavelength source consisting of mode-locked diode lasers and a single Yb-doped double-clad fiber amplifier. Two mode-locked external-cavity semiconductor oscillators operating at a repetition rate of 577 MHz with center wavelengths of 1040 nm and 1079 nm are synchronized, producing short pulses that are injected into a Yb-doped polarization-maintaining fiber for amplification. Numerical simulations are used to determine the optimal fiber length and seeding configuration for dual-wavelength amplification in the fiber. Each signal is amplified to an average power of 0.5 W with pulse durations of around 5 ps. Performance issues associated with two-signal amplification in Yb-doped fibers are discussed, as well as perspectives for increasing the wavelength separation of the seed lasers.      

用于产生超连续谱的硫系光子晶体光纤的色散特性

光子晶体光纤具备的无截止单模、模场面积可调和色散可控的特性,使其在超连续谱的产生中具有独特的优势。超连续谱的产生条件之一,是所使用的光纤须具有高的非线性,而硫系玻璃非线性系数极高,因此利用硫系玻璃光子晶体光纤产生超连续谱的研究备受关注。采用熔融-淬冷法制备Ge23Sb12S65硫系玻璃,并以此为基质设计了用于超连续谱产生的高非线性光子晶体光纤。采用多极法分析光纤孔间距、孔径比d/等对光纤的色散零点位移、色散平坦调控、损耗及模场面积的影响,最终得到当=2m,d/=0.43时,可获得2~4m平坦色散的高非线性光子晶体光纤结构。     

全保偏掺铒光纤光梳

搭建了基于非线性放大环形镜的全保偏掺铒光纤激光器,它可为光梳系统在室外环境中的应用提供稳定运行的光学振荡源。在实验上,通过两级光学预放大及高非线性光纤获得了1000~2300 nm的超连续谱,采用共线型f-2f干涉仪检测到的载波包络偏移频率f0的信噪比高达35 dB。研究了腔内净色散和f0线宽的关系,并将自由运转状态下的f0线宽窄化至5 kHz。将光梳系统的主要参数(重复频率fr和载波包络偏移频率f0)溯源至同一台铷原子钟,锁定后所测标准偏差分别为780μHz和308 mHz。该光纤光梳系统具有集成度高、体积小的特点。     

大功率双包层光纤激光器的非线性和热效应

文章综述了大功率情况下双包层光纤激光器中的非线性和热效应。在较低功率的激 光输出时,光纤内的非线性和热效应对激光输出特性的影响很小,但在高功率的掺Yb3 +双包层光纤激光器中,特别是功率达到千瓦量级时,非线性和热效应已经成为限制功率提升的主要因素。通过增大包层光纤芯径、缩短光纤长度都可以增加非线性阈值,从而可以保证单根光纤信号功率增大时不会出现非线性效应。采用分布式泵浦方案,能够得到沿光纤长度上最低和最均匀的温度分布,并且使激光器有最大的输出功率。     

Optimized All-Fiber Supercontinuum Source at 1.3 μm Generated in a Stepwise Dispersion-Decreasing-Fiber Arrangement

In this paper, the generation of a continuous-wave (CW)-pumped supercontinuum (SC) source at 1.3 mum is described. The device makes use of a tunable Yb-doped fiber laser, a cascade of fiber Bragg grating mirrors, and a concatenation of standard silica fibers with stepwise decreasing dispersion. It is shown that the dispersion-decreasing-fiber set enhances the width of the generated SC, since it favors the fission of the CW input into high-order solitons. The generated SC spans from 1280 to 1513 nm, shows an average output power of 1.34 W, and exhibits >0-dBm/nm spectral density of over 200 nm.