1550 nm全光纤单频脉冲光纤激光器

设计并实现了一种基于人眼安全波段的1550 nm全光纤化结构单频脉冲光纤激光器。激光器采用外腔稳频技术的单频半导体激光器作为种子源,其线宽1.8 kHz,功率20 mW。通过预放大器和声光调制器获得单频脉冲激光,并运用两级光纤放大器实现了线宽1.9 kHz、平均功率521 mW、脉冲宽度200 ns、重复频率10 kHz的单频脉冲光纤激光输出。输出脉冲峰值功率达260 W。输出端采用了双包层单模光纤,保证了输出激光的光束质量。整个激光器通过对种子光级联放大,结合放大器的增益控制,成功抑制了受激布里渊散射(Stimulated Brillouin Scattering,SBS)效应,消除了放大过程中噪声对线宽的影响,获得了线宽稳定的单频脉冲激光。     

布里渊光子晶体光纤环形移频器

通过实验研究了一种光子晶体光纤环形移频器,该移频器基于布里渊频移原理,利用光子晶体光纤布里渊增益高、阈值低的特点,同时利用光纤环形腔选频放大技术获得窄线宽高增益激光输出。实验结果表明:在波长为1 548 nm单纵模光纤激光泵浦下,10 m长光子晶体光纤的受激布里渊散射阈值功率约为457mW,环形腔输出的受激布里渊散射Stokes光相对于入射光移频量为9.778GHz、线宽500 kHz,并且移频量可以通过温度进行微调。该移频器可以用于分布式光纤布里渊传感器和微波发生器。     

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。     

基于级联相位调制的4.9kW窄线宽单纤光纤激光器

高功率窄线宽光纤激光器在遥感测量、引力波探测、光束合成等领域中应用广泛,但硅基光纤中的受激布里渊散射效应限制了其输出功率。对单频种子源进行相位调制以展宽线宽是常见的抑制受激布里渊散射的方法。然而,单一机理的射频相位调制对受激布里渊散射效应的阈值提升能力有限,已经不能满足近5 kW的激光功率需求。分析了伪随机二进制序列和正弦信号级联的相位调制对光谱展宽和受激布里渊散射效应抑制的影响,搭建了级联相位调制的高功率窄线宽光纤激光器,采用四级功率放大结构,在46 GHz均方根线宽下,实现了4.93 kW激光输出,中心波长为1067.5 nm,斜率效率为78%,光束质量为M²<1.2。     

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。     

吉赫兹级窄线宽、高峰值功率纳秒光纤激光器

报道了基于主振荡功率放大(MOPA)工作方式的吉赫兹级窄线宽、高峰值功率光纤激光器。该激光器以脉冲调制的分布反馈式单频半导体激光器为种子源,波长为1064.12nm,脉冲宽度为3.92ns,重复频率在10~50kHz内连续可调。采用光纤双程放大结构的预放大级以增加小信号放大能力并抑制强抽运下的自发放大辐射,优化功率放大级光纤长度以抑制窄线宽激光放大过程中的受激布里渊散射,在重复频率为10kHz时,获得光谱线宽为1.5GHz、峰值功率达15kW的脉冲激光输出。实验研究了不同重复频率时的输出激光脉冲特性。     

5 kW窄线宽全纤化单模光纤放大器

正光谱合成、相干合成等光束合成技术是目前突破单纤功率限制、提升光纤激光输出功率的有效途径,其中高光束质量、高功率窄线宽光纤激光作为合成的子束一直是国内外研究的热点。目前,窄线宽光纤激光器输出功率的提升受限于受激布里渊散射(SBS)、受激拉曼散射(SRS)和模式不稳定性(MI)等非线性效应,5 kW以上的近衍射极限窄线宽光纤激光的输出在国内尚未有报道。2020年12月,     

三谱线、高峰值功率窄线宽纳秒光纤激光器

为了抑制窄线宽脉冲光纤放大器中受激布里渊散射效应, 使用多谱线技术对单频种子源的线宽进行了拓展, 进行了基于三谱线的主振荡功率放大高峰值功率脉冲全光纤激光器实验验证。结果表明, 经过两级预放、一级功放, 获得激光输出的最大平均功率为303W, 脉宽为2.8ns, 重复频率为3.1MHz, 对应的峰值功率为35kW, 在最高功率输出情况下, 激光器的光束质量小于1.3;三谱线结构对受激布里渊散射有着明显的抑制作用。该研究为高峰值功率的脉冲光纤激光器放大技术提供了参考。     

基于简单MOPA结构实现3.78kW全光纤窄线宽激光输出

<正>高功率窄线宽光纤激光器在非线性频率转换、光谱合成、相干合成等方面有着重要的应用前景。但与宽谱光纤激光器相比,在功率放大过程中,窄线宽光纤激光器的受激拉曼散射（SRS）、受激布里渊散射（SBS）以及横模不稳定（transverse mode instability,TMI）等非线性效应的阈值更低,这些效应的影响也更大。目前,窄线宽光纤激光功率放大主要有两种方案：单频相位调制种子放大和单级振荡器种子放大。单频相位调制种子放大结构中种子激光的时域特性及其在放大过程中的线宽保持较好,是目前的主流方案。     

信号光谱宽特性对单频光纤放大器SBS阈值的影响

受激布里渊散射(SBS)效应是影响单频窄线宽光纤激光放大器功率提高的重要因素。以白噪声作为射频信号源,采用相位调制技术,设计并搭建了一套三级主振荡功率放大全光纤激光系统。分析和研究了信号光频谱宽度与光纤放大器系统SBS阈值之间的关系,通过改变白噪声信号的幅值,实现精确控制信号光谱宽,获得了中心波长为1030.93nm、线宽为0.9GHz、平均功率为90W的窄线宽准连续激光输出,相应的X方向与Y方向的光束质量因子分别为1.28和1.27。该研究为实现高功率单频窄线宽光纤激光器的产业化提供了可靠的理论和实验基础。     

A 1.55-μm solid-state laser source for DWDM applications

We describe the design and operation of a 1550-nm diode pumped Er,Yb:glass laser with >130 mW of output power and a free running linewidth of ~22 kHz. Due to the low frequency relaxation oscillation, near shot limited relative intensity noise performance is obtained throughout the radio frequency (RF) range of interest for cable television and dense wavelength division multiplexed (CATV/DWDM) applications. For long-haul spans an intracavity lithium niobate phase modulator allows for chirping of the linewidth to bandwidths and at rates sufficient to defeat stimulated Brillouin scattering (SBS). For certain applications, the high output power can eliminate the need for an erbium-doped fiber amplifier (EDFA)     

Characterization of Brillouin fiber generator and amplifier for optimized working condition of distributed sensors

The Brillouin fiber amplifier (BFA) has been used in Brillouin optical time and frequency domain analyzer based sensors. For BFA based distributed sensor the optimized working condition is to have the highest Brillouin gain, i.e., highest SNR, which avoids high pump depletion induced gain saturation. We have found that the optimum working condition for distributed sensor system is associated with the stimulated Brillouin scattering (SBS) threshold for BFA, which can be experimentally determined with Stokes power inflexion and/or Stokes spectrum linewidth minimum methods. This threshold depends on both pump and probe power instead of just the pump power as in Brillouin fiber generator (BFG), as well as on sensing length as confirmed by our experimental results and theoretical simulation. This was achieved by introducing the concept of absorption coefficient of the sensing medium defined as the ratio of the total output power to the total input power. We find that the medium absorption is minimized when input Stokes power is an order of magnitude lower than BFA threshold. This minimum is a signature of the balance between maximum Stokes gain and pump depletion which is also the reason why Stokes spectrum linewidth goes through a minimum.     

包层抽运掺镱光纤激光器中受激拉曼散射和受激布里渊散射效应

高功率光纤激光器大多选用掺镱双包层光纤作为增益介质,由于光纤尺寸较小,极易在光纤谐振腔中产生受激布里渊散射、受激拉曼散射效应。包层掺镱双包层光纤激光器中一旦发生受激拉曼散射和受激布里渊散射效应,其产生高强度信号成为高功率光纤激光器的主要噪声来源,影响激光输出的特性和稳定性。对包层抽运掺镱光纤激光器中的受激布里渊散射和受激拉曼散射进行了实验研究,在单模双包层光纤中观察到受激布里渊散射和受激拉曼散射。实验结果表明,在光纤谐振腔中,抽运方式、谐振腔输出镜损耗、受激瑞利散射对受激布里渊散射的影响较大,尤其是受激瑞利散射为谐振腔提供了附加反馈,不仅压窄激光信号的线宽,而且使得受激布里渊散射的阈值迅速降低。     

142 W高峰值功率窄线宽线偏振脉冲光纤激光器

报道了一种基于主振荡功率放大(MOPA)结构工作的全光纤窄线宽线偏振纳秒脉冲光纤激光器。脉冲种子源是由一个分布反馈直腔型(DFB)单频光纤激光器被光电调制器进行强度调制后产生的。为了抑制受激布里渊散射(SBS)效应,脉宽被调节为3 ns,并且种子源线宽被相位调制器展宽为2.9 GHz。经两级保偏掺Yb3+光纤放大器放大后,获得了平均功率142 W,重复频率1 MHz,脉冲宽度2.88 ns,峰值功率49.3 kW的脉冲激光输出。在最大输出功率时,激光光束质量因子M2约为1.15,偏振消光比(PER)大于15.4 dB。     

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。     

复合滤波结构的窄线宽高频微波信号产生装置

为了在较低泵浦功率下实现单纵模双波长激光信号的输出,进而获得窄线宽的高频微波信号,设计并实验了一种基于复合滤波结构的窄线宽高频微波信号产生装置。通过8字腔结构布里渊增益腔和反射式光纤光栅构成的波长选择滤波器实现了4倍布里渊频移间隔的双波长斯托克斯光信号输出,采用200 m长单模光纤作为增益介质,同时与50 m长单模光纤构成级联光纤环结构,采用三端口耦合器与2 m长未泵浦的保偏掺铒光纤构成萨格纳克环结构,利用级联光纤环结构和萨格纳克环结构的复合滤波作用实现了斯托克斯光信号模式的选择,使输出的斯托克斯光信号由多纵模运行状态变为单纵模运行状态。实验证明:通过对输出的单纵模双波长斯托克斯光信号进行拍频检测可得42.85 GHz的高频微波信号产生,线宽为38 kHz;通过改变可调谐泵浦激光器的输出波长,可实现42.25~43.51 GHz范围内的频率调谐;通过稳定性测试,产生的42.85 GHz高频微波信号的频率变化在0.83 MHz内,峰值功率变化在±0.8 dB内,稳定性良好,满足实际应用需求。     

Tunable and narrow linewidth multi-wavelength Brill- ouin-erbium fiber laser using dual-wavelength pumping

We demonstrate a multi-wavelength Brillouin-erbium fiber laser (BEFL) with narrow linewidth and tunable wavelength interval using dual-wavelength Brillouin pumping. The generation of multi-wavelength output in BEFL is based on the combination of stimulated Brillouin scattering (SBS) and four-wave mixing (FWM) effect in a fiber cavity. The tunable wavelength interval is determined by the artificially controlled wavelength interval of the pumping lasers. The BEFL could compress a 1 MHz pump laser to a 340 Hz Brillouin Stokes laser, which proves the BEFL has excellent capability of linewidth compression. An erbium-doped fiber pumped by 980 nm laser is inserted into the cavity to further amplify the Brillouin laser. The wideband multi-wavelength BEFL covering over 50 nm is successfully generated when the 980 nm pump power is 400 mW. These features of multi-wavelength BEFL provide an effective method for optical communication systems and optical fiber sensing.