双包层石英基掺Tm3+光敏光纤的研制及应用

掺Tm3+石英光纤将光纤激光器的输出调谐范围扩展到1780～2050 nm.掺Tm3+光纤激光器在医学、生物学、遥感、超快光学等方面被广泛应用.但是,近年来对掺Tm3+石英光纤的研制的报道较少.利用液相掺杂工艺在MCVD车床上研制了具有强光敏性的双包层石英基掺Tm3+光敏光纤.在这种光纤上写入均匀Bragg光纤光栅,由...     

1565nm激光泵浦Tm^3＋：Ho^3＋共掺石英光纤激光器动态特性

利用1 565 nm激光作为Tm3 :HO3 共掺石英光纤激光器的泵浦带是一项较新的研究内容.动态特性能够有效反映激光振荡机制建立过程中能级粒子数和激光功率的变化情况.为系统实验的优化提供理论依据.建立了该泵浦带下系统的理论模型,基于速率方程和功率传输方程,采用离散算法,在Matlab软件中设置泵浦功率为3 W、光纤长度2.5 m条件下,分别对Tm3 :Ho3 共掺石英光纤的输入端、中点处和输出端的动态变化特性进行理论研究.结果表明:不同位置处.光纤对泵浦功率的吸收程度不同;光纤中粒子数和激光功率的弛豫振荡开始和持续的时间表现出较大差异,信号光振荡峰值远大于达到稳态时的功率:系统的光一光转化效率达到56%.     

大功率高效率中红外光纤激光器的研究进展

本文回顾了近期2μm和3μm高功率光纤激光器的研究工作,对高效率二极管直接泵浦的掺Tm3 和掺Ho3 石英光纤激光器、被动调制的2μm光纤激光器、离散波长的产生以及使用硫化物作为光纤材料的喇曼光纤激光器等几个方面的研究进展进行了介绍.     

改进的环形腔双包层掺Tm3+光纤激光器

设计了一种改进的环形腔双包层掺Tm3 光纤激光器.通过分析准三能级系统的再吸收损耗并对比实验结果,获得了双包层掺Tm3 光纤激光器的阈值功率和热平衡时反转粒子的数量;研究了所设计的环形腔双包层Tm3 光纤激光器的稳态特性,仿真结果表明:环形腔结构下,整个光纤都处于高泵浦状态之中,且随入射功率的增加,泵浦功率增加更明显;在光纤长度不变的情况下,二色镜最佳反射率随泵浦功率的增加逐渐增大;在二色镜反射率不变的情况下,随泵浦功率的增加,最佳光纤长度逐渐增加.     

2μm波长掺Tm3+光纤激光器的研究进展

2μm波长掺Tm3 光纤激光器是应用于医学治疗、人眼安全和激光雷达等远程探测系统的理想光源.介绍了Tm 的能级特点,并对2μm波长掺Tm3 光纤激光器的各种泵浦方式进行了比较.     

1180nm激光抽运Tm,Ho石英光纤激光器理论研究

建立了1200nm带激光抽运下Tm3+,Ho3+共掺石英光纤激光器的理论模型,用数值模拟的方法从理论上对该激光器的性能进行了研究,与实验结果进行了对比分析,以寻求对该激光器性能进行优化的空间。结果表明,在最大入纤抽运功率(3.1W)下,不管是仅Tm3+在3H4,3H6能级之间产生辐射(光纤长度为1m)还是Tm3+,Ho3+之间发生能量转移(光纤长度为3m)时,理论分析所分别获得的1.14W和733mW的输出功率,与930mW和650mW的实验结果比较一致,特别是发生能量转移时。     

增益开关掺Tm3+光纤激光器的理论与实验研究

与固体激光器不同,光纤激光器中增益光纤长度可近似认为整个谐振腔的长度,传统的速率方程模型只考虑激光器参数随时间变化,而不考虑这些参数沿轴向变化情况,会在理论上对激光器输出特性的分析带来误差。本文建立带内泵浦的增益开关掺Tm3+光纤激光器的行波方程模型,研究了腔内光子数、上能级粒子数和泵浦脉冲沿光纤轴向分布情况,以及不同重频和纤芯的增益光纤可提取能量的变化。在100 ns脉宽和15 μJ脉冲能量的泵浦脉冲作用下,当重频增加至5 MHz时,激光输出脉冲会出现多脉冲振荡现象。实验上实现了全光纤化的增益开关掺Tm3+光纤激光器,将实验结果与理论分析进行比较,两者之间较好相符。     

2μm光纤激光器的研究进展

近年来,2μm波段的光纤激光器由于在测高、测距、大气遥感等方面具有重要的应用前景而引起了广泛关注.光纤激光器以其耦合效率高、散热好、转换效率高、阈值低、光束质量好和窄线宽等优点在激光领域中占据了重要的地位.介绍了实现2 μm激光输出的3个基本条件,并分别介绍了单掺Tm3+与Tm3+,Ho3+共掺2μm光纤态激光器的发展状况,指出掺Tm3+光纤激光器2 μm连续激光输出能量应该还有很大的提升空间,在脉冲输出方面,Tm3+、Ho3+共掺激光器是一个今后研究的热点.     

环形掺Er3+光纤激光器输出特性分析与实验研究

理论分析了掺Er3+光纤环形腔激光器的输出特性，获得了稳态条件下激光器输出功率、阈值泵浦功率和斜率效率的解析表达式，分析了泵浦光波长、泵浦功率、Er3+光纤掺杂浓度、输出端耦合器分光比等的影响，推导了在特定输出波长处获得最大输出功率所需最佳掺Er3+光纤长度的解析表达式。进行了LD泵浦掺Er3+光纤环形腔激光器的实验工作，获得了斜率效率10%以上的激光输出。     

相位掩模法红外飞秒激光刻写光纤光栅技术

掺Tm3+光纤激光器在工业、医疗、科技及军事领域具有重要应用前景.光纤布拉格光栅(FBG)是构成光纤激光器的重要元件.但掺Tm3+光纤不具备光敏性,利用紫外脉冲激光很难在其中刻写FBG,即使采用增敏技术提高其光敏性,获得的FBG的折射率调制量也很小,尚不能满足应用要求,阻碍了掺Tm3+光纤激光器全光纤化的发展.以相位掩...     

宽带Er2Tm共掺石英光纤放大自发辐射特性分析

探索了新型Er2Tm共掺石英基质超荧光光纤光源的特性,在粒子数方程和功率传输方程的基础上对其放大自发辐射(ASE)特性进行了理论分析。在单向泵浦中,分析了泵浦功率和信号功率随光纤长度的变化特性,描述了在不同光纤长度、离子浓度及泵浦功率下信号谱的变化趋势;在双向泵浦中,讨论了泵浦功率和信号功率随光纤长度的变化特性以及信号谱相对于光纤长度和泵浦功率的稳定性。结果显示,利用Er2Tm共掺石英基质光纤可以获得稳定的100nm放大自发辐射带宽,大约是传统掺铒光纤超荧光光源带宽的两倍,但输出功率比后者低3个量级以上。     

1565nm激光泵浦Tm:Ho共掺石英光纤激光器稳态特性

与800nm和1180nm泵浦带相比较,1565nm泵浦有效消弱了多能级快速非辐射跃迁以及能量上转换损耗.建立了1565nm激光泵浦Tm3 :Ho3 共掺石英光纤产生2μm激光的理论模型,给出系统完整的速率方程和功率传输方程,采用数值模拟的方法对理想条件下系统稳态特性进行分析.结果表明,采用1565nm激光作为泵浦源,能够获得高效率的激光输出.在泵浦功率为3W、光纤长度2.2m时,输出功率高达1.7W、量子效率57%、斜效率67%.这是目前此类光纤获得的较好转换效率.     

透镜组耦合793nm LD抽运掺Tm~(3+)光纤激光器

为了实现2μm激光高效输出,采用793nm激光二极管端面抽运掺Tm3+光纤激光器的方法设计了抽运光耦合系统,分析了掺Tm3+光纤激光器的交叉弛豫效应及热效应,并进行了相关的实验研究。结果表明,获得耦合系统的耦合效率为84%;当入纤抽运光功率为70W时,获得34W激光输出,斜率效率为59%,中心波长为2001.2nm,光束质量M2≤1.2。该研究结果对掺Tm3+光纤激光器的设计具有指导意义。     

掺Yb~(3+)/Er~(3+)石英光纤中频率上转换的实验研究

首次报道了实验研究连续1064nm Nd:YAG激光器泵浦的掺稀土离子Yb~(3+)/Er~(3+)石英光纤中频率上转换过程。测量了掺Yb~(3+)/Er~(3+)石英光纤产生的频率上转换可见荧光谱,并用能量转移、受激态吸收和双光子吸收过程解释了467,546和667nm三条频率上转换荧光谱线的产生机理。     

同带泵浦千瓦级掺铥光纤激光器输出特性理论模拟

对793 nm、1.6μm和1.9μm三种不同泵浦波段下千瓦级掺铥光纤激光器的输出特性开展了数值模拟研究。在1 kW输出功率下,对不同泵浦波段的输出效率和热特性进行了对比分析。结果表明,在793 nm泵浦下,受益于交叉弛豫过程,量子效率可超过100%,但是其整体斜率效率依然不高,导致激光器产热严重,废热与输出功率比达80.8%,光纤端面温度也相对较高。在同带泵浦下,激光器效率得到明显提升,尤其是在1.9μm同带泵浦下,激光器斜率效率达90%以上,废热也得到显著抑制,使用低掺杂光纤时,增益光纤温度整体在50℃以内。对同带泵浦下掺铥光纤激光器的功率提升开展了初步估算和数值模拟,估算表明在同带泵浦下,掺铥光纤激光器的功率提升主要受限于受激布里渊散射、模式不稳定、外包层损伤以及光损伤等四个因素。数值模拟结果表明,同带泵浦下热载显著降低,掺铥光纤激光器的功率提升不会受到模式不稳定的影响,而外包层损伤和受激布里渊散射成为主要的限制因素。对于1.6μm和1.9μm同带泵浦,在25μm芯径尺寸下,激光器最高输出功率可分别达5.9 kW和12.7 kW。     

Tm3+/Yb3+共掺杂铋锗铅玻璃的上转换发光研究

设计并制备了一种组分为45Bi2O3-35GeO2-20PbO-0.02Tm2O3-xYb2O3(x=1.0,1.2,1.4,1.6和2.0 mol%)新型Tm3 /Yb3 共掺的铋锗铅玻璃材料,测量了玻璃的吸收光谱和上转换光谱,分析了玻璃中Tm3 的上转换发光机理.应用Judd-Ofelt理论计算了铋锗铅玻璃BGP1.0中Tm3 离子的三个强度参量Ωt(t=2,4,6)、振子强度、自发跃迁辐射几率和荧光分支比等光谱参数.通过975 nm的激光二极管激发,在室温下同时观察到强烈的上转换蓝光(476 nm)和微弱的红光(653 nm),分别是由于Tm3 离子1G4→3H6和1G4 →3F4跃迁.同时研究了蓝光和红光上转换发光强度随泵浦激发功率的变化,其曲线斜率分别为2.87和2.41,表明蓝光和红光都是三光子吸收过程.研究结果显示,Tm3 /Yb3 共掺铋锗铅玻璃是一种上转换蓝光激光器的潜在基质材料.     

掺Yb3+光纤环形激光器特性研究

本文利用国产半导体激光器泵浦掺Yb3+光纤环形激光器获得成功．掺Yb3+光纤长3 m,与1053 nm／980 nm波分复用器(WDM)构成交叉耦合型全光纤环形腔．总腔长为4 m,泵浦波长980 nm,激光波长为1042．3 nm,斜率效率9．6％,激光阈值低于0．5 mW,利用可调谐钛宝石激光器泵浦,得到该光纤激光器的最佳泵浦波长为978 nm．     

1565nm激光泵浦Tm∶Ho共掺石英光纤激光器稳态特性

与800nm和1180nm泵浦带相比较,1565nm泵浦有效消弱了多能级快速非辐射跃迁以及能量上转换损耗。建立了1565nm激光泵浦Tm3 ∶Ho3 共掺石英光纤产生2μm激光的理论模型,给出系统完整的速率方程和功率传输方程,采用数值模拟的方法对理想条件下系统稳态特性进行分析。结果表明,采用1565nm激光作为泵浦源,能够获得高效率的激光输出。在泵浦功率为3W、光纤长度2.2m时,输出功率高达1.7W、量子效率57%、斜效率67%。这是目前此类光纤获得的较好转换效率。     

基于稀土掺杂石英光纤的单频光纤激光器

系统研究了利用稀土掺杂的石英光纤作为激光增益介质来实现分布布拉格反射式单频光纤激光器。实验中,分别将掺有Nd3+、Yb3+、Er3+/Yb3+和Tm3+的商用石英光纤,熔接到激光谐振腔中,实现了基于石英玻璃光纤的光纤激光系统在多波段的单纵模运转。对各光纤激光器的单频特性进行了研究,其中,激光器线宽可达几十千赫（特别是对于Er3+/Yb3+共掺光纤激光器,其线宽窄于7 kHz）,激光系统的强度噪声接近于散粒噪声极限,实验中获得了激光波长由930 nm到2m的单频光纤激光器。实验结果证明:商用的稀土掺杂石英光纤能够作为有效的增益介质来实现短腔型单频光纤激光器。同时,通过进一步的系统集成,基于稀土掺杂石英光纤的单频光纤激光器将得到更加广泛的应用。     

807nm半导体激光泵浦的掺铒光纤放大器的进展

根据用Coherent 899-29钛宝石激光器在800nm泵浦带选择掺铒光纤放大器最佳泵浦波长和获得高达35dB增益的研究结果,最近我们利用Sharp LT 017 MD型单模半导体激光器(P=40mW,λ_D=807nm)整形、准直后作泵浦光源,以中国建材院石英所研制的低损耗掺铒石英单模光纤作放大介质。光纤芯径4.9μm,数值孔径0.22,长度5.8m。采用工作波长为1.536μm的分布反馈激光器作信号源,信号光和泵浦光通过光纤方向耦合器合波到掺铒光纤