一种新型高峰值功率激光注入光纤耦合技术

分析了导光锥的导光原理和激光注入光纤耦合原理,通过射线理论分析并提出了导光锥的设计方法。通过对实验用导光锥进行导光率测试和耦合传输特性实验研究得到:导光锥的导光率为99%,导光锥与光纤耦合效率大于73%;导光锥端面的激光诱导损伤阈值能量密度为56 J/cm2,阈值功率密度为2.25 GW/cm2;在光纤发生端面损伤前其输出端输出激光能量达到50 mJ。采用导光锥实现高峰值功率脉冲激光注入光纤耦合可以有效地提高光纤传输激光容量。     

调QNd：YAGE脉冲激光：光纤耦合与传输特性的研究

研究了调ＱＮｄ：ＹＡＧ脉冲激光－光纤耦合效率与传输特性，测量了激光损伤阈值，研究了入射激光束参数对激光损伤阈值和耦合效率的影响，在此基础上设计了耦合光学系统，对１０ｎｓ的激光脉冲，从光纤输出的激光脉冲的能量密度达１２Ｊ／ｃｍ＾２，对准静态Ｎｄ：ＹＡＧ脉冲激光，从光纤输出的激光脉冲的能量达３．５Ｊ可以满足激光刻字和激光焊接的要求。     

调Q Nd：YAG脉冲激光－光纤耦合与传输特性的研究

研究了调ＱＮｄ：ＹＡＧ脉冲激光－光纤耦合效率与传输特性，测量了激光损伤阈值，研究了入射激光束参数对激光损伤阈值和耦合效率的影响，在此基础上设计了耦合光学系统，对１０ｎｓ的激光脉冲，从光纤输出的激光脉冲的能量密度达１２Ｊ／ｃｍ￣２，对准静态Ｎｄ：ＹＡＧ（脉宽ｍｓ量级）脉冲激光，从光纤输出的激光脉冲的能量达３．５Ｊ可以满足激光刻字和激光焊接的要求。     

高峰值功率脉冲激光的光纤传能特性

实验研究了光纤传输调Q Nd:YAG高功率脉冲激光特性,包括光纤的传输效率、输出光束特性、输出光斑能量分布以及激光诱导损伤特性.得出的主要结论为:光纤传输高峰值功率激光引起受激拉曼散射(SRS)和受激布里渊散射(SBS)的产生是导致传输效率下降的主要原因;光纤输出光束束腰位置为输出端面,发散角略大于入射角,光束质量下降,输出光束截面光斑能量分布"匀化":光纤的端面激光损伤限制了传输激光功率的提高,其主要损伤相貌分为一坑状损伤、熔融损伤和溅射损伤,实验得出光纤端面的激光零损伤概率阈值功率密度为3.85 GW/cm2.     

高能激光注入光纤导光锥耦合性能实验研究

提出了测试光纤导光锥耦合效率的试验方法,通过试验验证了光纤导光锥实现激光传导的可行性,同时在光纤入射角度为1°～5°、运动状态为静止及甩动的条件下,对光纤导光锥的耦合效率进行了实验研究。研究结果表明,光纤导光锥在入射角为1°～5°、光斑直径约为2mm时的激光耦合传输效率大于60%,入射光损伤耐受力低于100mJ。利用光纤导光锥实现高能激光的耦合导光,对于开展光电对抗内场仿真试验具有重要意义。     

传输紫外激光空芯光纤系统的研究

文章对传输紫外激光空芯光纤系统进行了研究,利用高斯光束传输规律和波导耦合理 论研究了紫外激光与空芯光纤的耦合,分析了在选定毛细管内镀制选定膜系可以制备传输紫外激光的空芯光纤,并针对空芯光纤内径较大而导致的输出光斑较大的问题,提出使空芯光纤输出端与透镜耦合方案。     

基于氢气填充空芯光子晶体光纤的全光纤型气体拉曼光源特性

理论和实验研究了调Q光纤激光脉冲抽运基于氢气填充空芯光子晶体光纤气体腔的全光纤型气体拉曼光源的特性。抽运光脉冲波长为1064.7nm时,产生的Stokes频移光波长为1135.7nm。理论和实验结果均表明,产生的Stokes频移光脉冲宽度远小于抽运光脉冲,并且,Stokes频移光脉冲宽度随抽运光脉冲能量的提升而增加。此外,减小抽运光脉冲宽度,可以降低拉曼阈值抽运能量、提高Stokes频移光的转换效率。在重复频率为5kHz、脉冲宽度为125ns的调Q光纤激光脉冲抽运下,实验测得拉曼阈值抽运能量和拉曼阈值点处转换效率分别为2.13μJ和9.82%。     

基于光纤端帽的红外宽波段耦合光学系统设计

新一代红外对抗技术中，需要将红外高峰值功率激光耦合进红外传能光纤中进行传输。针对红外宽波段、高峰值功率激光进行光纤耦合时存在的问题，设计了一种光纤端帽参与聚焦的消色差耦合光学系统，能够对高峰值功率的2.1～4.6μm红外激光进行光纤耦合，并且光纤端帽可以提高光纤端面的损伤阈值。然后，对消色差耦合光学系统进行了详细设计，并选择了最佳三片式消色差玻璃组合ZNS/MGF2/IRG206进行设计，最终在耦合系统焦距为35 mm时，该系统对2.1～4.6μm波段的耦合效率达到92.74%。进一步分析可知，耦合光学系统最佳的焦距范围在35～47 mm，以及焦距在40 mm时，光纤对准最大容差为60μm。     

塑性弯曲蓝宝石单晶光纤的光学特性研究

为满足医用激光传能要求,使用CO2激光对直径分别为550um和750um的两组蓝宝石单晶光纤进行了塑性弯曲,平均弯曲半径为3.0mm,由单个弯曲引起的额外损耗在900nm处小于0.1dB,对脉冲Nd:YAG激光能量传输的损伤阈值高于30MW/cm^2。实验结果表明,塑性弯曲蓝宝石光纤完全可满足医用激光传能的要求,并可减小输出端弯曲光纤头的体积,增大光纤激光传输应用系统的灵活性。     

多层介质膜红外空芯光纤的传输特性

提出了一种计算多层介质膜空芯光纤损耗谱特性的方法,理论分析了介质—金属膜结构红外空芯光纤的传输损耗特性.将各层膜的厚度、材料色散和表面粗糙度等特性引入理论计算后,根据实测损耗谱估算了每层介质膜厚度.通过比较实测和理论计算损耗谱,调整优化了工艺参数.采用液相镀膜法,制作了在中红外波长带有低损耗特性的Ag/SiO2/AgI/SiO2三层介质膜结构空芯光纤.     

光纤传能特性研究

为了获得光纤传输高功率脉冲激光的主要特性,对光纤传能进行了理论分析和实验研究.结论是:光纤宏观弯曲对传输效率有比较明显的影响:光纤的芯径、数值孔径(NA)、长度等指标对高功率激光传输效率有很大影响;当传输激光功率大于某个闽值后,光纤内产生的受激拉曼散射(SRS)和受激布里渊散射(SBS)影响激光能量输出;光纤的端面质量限制了传输激光功率的提高,根据ISO11254(光学元件表面激光诱导损伤的光学测试方法)得出光纤的激光零损伤概率阈值可以达到58.6J/cm2;光纤输出光束截面能量分布被匀化.     

基于CO2激光的双包层光纤端帽熔接实验研究

光纤端帽可以有效避免高峰值功率下脉冲双包层光纤激光器的光纤端面损伤。为了实现大直径双包层光纤端帽的低成本制作,设计并搭建了基于CO2激光的光纤端帽熔接实验系统,研究了光纤端帽的熔接方法和工艺,利用熔接好端帽的双包层掺镱光纤进行了高功率脉冲光纤激光放大器的实验,验证了光纤端帽的实际使用效果。实验结果表明,本装置可以实现高质量、低成本的双包层光纤端帽熔接。采用此方法熔接的光纤端帽可以显著提高光纤的损伤阈值,同时基本不影响激光输出效率以及光束质量。     

光纤在激光医学治疗上的应用

激光医学治疗用激光器包括紫外、红外、可见光激光器,激光用光纤输出端形式包括点状、柱状、球状等;光纤在医学器械的应用包括光纤照明和激光传输,现今石英光纤、多组份玻璃光纤、聚合物光纤以及红外晶体光纤、氟化物玻璃光纤、红外空芯波导等在医学治疗有许多应用,其中石英光纤已在医学美容、手术治疗和光动力疗法等方面获得广泛应用,多组份玻璃光纤可应用于光炙仪、光热治疗仪、牙科光固化机、牙齿美白仪、光纤内窥镜等医疗仪器中,聚合物光纤POF可应用于光纤黄疸治疗仪、激光血管内外照射治疗中,光纤在今后的激光医学治疗中发挥更加重要的作用.     

Efficient and scalable side pumping scheme for short high-power optical fiber lasers and amplifiers

A new and simple method of pumping short high-power optical fiber lasers and amplifiers is described. In our approach, several passive coreless optical fibers are brought into direct contact alongside a single rare-earth doped active fiber which constitutes the active medium of the laser (amplifier). Pump light is delivered through the passive coreless fibers and penetrates into the active fiber via evanescent field coupling. To enhance the pump absorption in the gain medium, high-order spatial modes are excited in the pump delivery fibers, and an active fiber with high concentration of the dopant ions is used. As a demonstration of the viability of our approach, test results are reported on a 12-cm-long Er/sup +3/-Yb/sup +3/ codoped phosphate glass fiber laser. The laser output reaches 5 W using 23-W pumping into six coreless fibers. Above threshold, the laser has /spl sim/24% optical-to-optical conversion efficiency (with /spl sim/64% being the theoretical maximum). The linearity of the input-output characteristic for the laser suggests that the output power can be scaled up by applying higher pump power.     

红外激光传输用聚苯乙烯—银—玻璃基体空心波导研究

利用液相镀膜法研制成了性能较好的传输用聚苯乙烯－银－玻璃基体小直径空心波导,波导长度达到1m左右,波导直径为800－1200μm,对于CO2激光（10.6μm）的传输损耗低达1.73dB/m,损伤阈值高于11.2W(17.2W/mm^2)。实验结果表明,聚苯乙烯－银－玻璃基体小直径空心波导适用于医学等领域CO2激光传输的要求,并有望在其他红外波段的激光能量传输中得到应用。     

塑料光纤激光打标散射点实验研究

塑料光纤（Plastic Optical Fiber,POF）纤芯散射点的形状和大小尺寸控制对基于半导体激光器（LD）和侧面发光POF的LCD背光源设计具有重要意义。研究了一种表面无损伤的POF纤芯散射点的激光打标方法,基于非成像光学的边缘光线原理分析了激光打标制作POF纤芯散射点的二次聚焦过程,推导出激光侧面入射在POF上表面时的焦点坐标的表达式计算式。实验研究了1.06 m波长激光在POF纤芯制作打标散射点时,激光光束半径（打标聚焦透镜高度）、激光功率和重复打标次数对POF散射点形状和体积尺寸的影响。纤芯内散射点的检测采用650 nm激光的散射光相对光强分布进行检测,通过显微照片的对比判断散射点的形状和尺寸。实验结果表明,POF纤芯散射点的形状决定于激光光束半径（打标聚焦透镜高度）,当聚焦透镜高度激光光束半径为束腰半径透镜焦距时,可以得到光纤径向细而长的条散射点;。当聚焦透镜高度小于聚焦透镜焦距时,在POF上下两个表面附近形成漏斗状散射点。而随着激光功率增大和重复打标次数增加,散射点的体积尺寸随着增加。单次打标时POF的激光损伤阈值约为80 W/mm2,而要使POF散射点具有稳定的细长条状,激光功率密度应大于140 W/mm2。     

大纤芯红外带隙型光子晶体光纤研究

针对一般红外光纤存在材料损耗高、制备工艺复杂、传输性能和输出光束质量差等问题,提出了一种适合CO2(二氧化碳)激光传输的新型大纤芯红外PBG-PCF(光子带隙型光子晶体光纤),该光纤由三角形结构光子晶体在中心抽掉19根毛细管空气孔形成大纤芯。利用PWM(平面波展开法)分析得到了传输波长为10.6μm的CO2激光的光纤带隙图;再利用基于全矢量有限元法的仿真软件COMSOL Multiphysics分析其损耗特性。结果表明,这种结构的PBG-PCF与现有的红外光纤相比,传输10.6μm CO2激光时的损耗更小,约为0.08dB/km,可满足医用传输大功率CO2激光的需要。