2 μm掺铥光纤激光研究进展及其应用

掺铥光纤激光器输出的2 μm波段在医疗、激光雷达、遥感测控和光参量振荡方面有着广泛应用,目前已实现千瓦级的激光输出。文中主要介绍了掺铥光纤激光器的基本结构及工作原理,并综述和分析了国内外掺铥光纤激光器的研究进展,并展望了掺铥光纤激光器的发展。     

掺铥光纤激光器研究进展

介绍了掺铥光纤激光器的基本结构以及工作原理;综述和分析了掺铥光纤激光器的研究国内外进展,阐述了掺铥光纤激光器可以采用几种不同的抽运源进行抽运,即LD抽运源、Nd∶YAG激光器抽运源、掺Yb3+光纤激光器抽运源以及色心、掺铒光纤激光器抽运源等。同时也指出了如何提高激光器输出特性的方法,即进一步改善交叉弛豫率、降低上转换以及热处理等。最后展望了掺铥光纤激光器在生物医学领域的应用前景。     

基于增益开关技术的全光纤结构纳秒脉冲掺铥光纤激光器

工作在2μm波段的脉冲掺铥光纤激光器,可望在遥感探测、相干雷达、空间光通信、激光医疗和特种材料加工等领域获得重要应用。目前,利用波长在1.55μm附近的脉冲掺铒光纤激光器作泵浦源的增益开关掺铥光纤激光器是实现全光纤结构纳秒脉冲掺铥光纤激光器的理想方式之一。采用实验研发的纳秒脉冲掺铒激光器作种子源,研制了全光纤MOPA(masteroscillator power amplifier)结构的纳秒脉冲掺铒光纤激光器,输出波长1 547 nm,脉冲频率100 kHz,脉冲宽度50 ns,平均功率1 W,单脉冲能量10μJ。使用该脉冲掺铒光纤激光器抽运掺铥光纤,实现了波长1 963 nm的增益开关脉冲激光输出。该掺铥光纤激光器为全光纤结构,重复频率100 kHz,最小脉宽47 ns,最大单脉冲能量100 nJ。激光输出稳定可靠,更高的单脉冲能量,平均功率和峰值功率可由进一步级联光纤放大器实现。     

2μm波段纳秒掺铥光纤激光器研究进展

调Q技术是掺铥光纤激光器获得纳秒脉冲激光输出的主要方式。本文首先介绍主动调Q、被动调Q和增益调制这三种调Q技术在掺铥光纤振荡器中的应用现状，对比和分析三种技术的优点与不足。其次，介绍窄脉宽、高平均功率、大脉冲能量纳秒掺铥光纤放大器的现有典型研究结果和面临的技术瓶颈，并从热管理、非线性效应抑制、放大自发辐射抑制三个方面进行了优化措施分析。最后，对纳秒掺铥光纤振荡器和放大器的技术发展趋势进行展望。     

2μm高功率掺铥光纤激光器研究进展及其应用

2μm掺铥光纤(TDF)激光器在遥感、激光雷达、探测、医疗、光学参量振荡等方面有着重要的应用,近年来得到了快速的发展,目前已实现千瓦级的激光输出。主要介绍了掺铥光纤激光器的基本原理,以及近年来国内外的研究进展与应用。最后对掺铥光纤激光器的发展进行展望。     

全光纤结构被动锁模2μm掺铥光纤激光器

由于水分子在2μm波段有很强的中红外吸收峰,而掺铥光纤激光器可以发射2μm波长附近的激光,因此掺铥光纤激光器可广泛应用于生物医疗、国防工业等领域。北京工业大学高功率光纤激光课题组成功实现了高脉冲能量全光纤结构被动锁模的     

掺铥光纤激光器研究进展

介绍了掺铥光纤激光器的基本结构以及工作原理,综述和分析了近年来以二色镜作为腔镜的F-P腔和以光纤光栅作为腔镜的F-P腔的掺铥光纤激光器研究的最新进展,最后指出了今后掺铥光纤激光器的发展方向.     

掺铥光纤激光器的波长调谐特性研究

基于简化的二能级激光系统和均匀展宽理论模型,利用原子速率方程和功率传输方程建立了掺铥光纤激光器的理论模型,并以环形腔掺铥光纤激光器为例,通过Matlab编程数值模拟研究了其出射功率和波长调谐范围与腔内损耗、掺铥光纤长度、输出耦合比、泵浦波长和泵浦功率等激光器参量的关系。数值模拟结果表明,降低激光器腔内损耗、提高泵浦激光功率和优化掺铥光纤长度可以提高掺铥光纤激光器的出射功率和增加波长调谐范围,而增加输出耦合比虽能提高激光功率,却减小了波长调谐范围。经过参数优化,在腔内总损耗为3dB、输出耦合比为10%的情况下,通过提高泵浦激光功率和优化掺铥光纤长度,掺铥光纤激光器的波长调谐范围可达528nm(1660~2188nm),高于目前已报道的实验结果。将部分模拟结果与文献报道的实验结果进行对比,较好地证实了模型的准确性。研究工作对于掺铥光纤激光器的设计和发展具有重要的理论参考价值和指导意义。     

掺铥（Tm^3＋）光纤激光器

根据基质分类和波长分类综述了掺铥光纤激光器的发展过程，并给出了我们关于掺铥石英光纤激光器研究中初步的实验结果。     

2.0μm波段掺铥连续单频光纤激光器的研究进展

介绍了2.0μm波段掺铥连续单频光纤激光器的实验研究进展,以实现单频光纤激光器的关键技术为主线,总结了不同腔结构掺铥单频光纤激光振荡器的研究现状与发展方向。基于种子源主振荡功率放大(MOPA)结构进行了单频激光器功率放大,介绍了高功率掺铥单频光纤MOPA激光器的国内外研究进展。此外,介绍了本课题组在高掺杂铥锗酸盐玻璃光纤制作,2.0μm波段单频光纤激光振荡器构建,以及单频激光功率放大方面的部分研究工作。     

高功率掺铥光纤放大器中受激布里渊散射效应研究

近年来随着对单频光纤激光器和放大器研究的不断深入,得到了越来越高的输出功率,由于单频光纤激光器、放大器的输出功率在很大程度上受限于受激布里渊散射(SBS)效应,故需要研究SBS效应的影响因素和抑制方法。利用铥离子(Tm3+)的速率方程和SBS效应下双包层光纤放大器的速率方程,建立了单频光纤放大器的理论模型,计算得到了掺铥光纤放大器的能量分布和输出功率,并讨论了光纤长度、抽运功率、Tm3+掺杂浓度、增益光纤内温度分布等因素对单频光纤放大器中SBS效应和输出功率的影响,总结了在提高放大器输出功率的同时有效抑制SBS效应的方法。自行搭建了全光纤掺铥光纤种子光源及放大器,高稳定性的全光纤掺铥激光种子光的中心波长为1941 nm,信噪比约为60 d B。当掺铥放大器的抽运功率达到2.15 W时,激光的输出功率可以达到0.766 W。     

基于光纤可饱和吸收体的1993 nm纳秒脉冲掺铥全光纤双腔激光器

报道了一种基于光纤可饱和吸收体的纳秒脉冲掺铥全光纤双腔激光器。该激光器采用线型双腔结构,采用1550nm连续光纤激光器作为抽运源,以光纤布拉格光栅作为波长选择器件,利用掺铥光纤的可饱和吸收特性,同时结合双谐振腔间的相互作用,获得稳定的纳秒脉冲输出。分别采用单包层铥钬共掺光纤和双包层掺铥光纤作为增益介质,研究二者对激光输出性能的影响,并进行优化对比,最终实现平均功率为256.3mW,最窄脉宽为87ns的1993nm激光输出,脉冲重复频率在20.0~33.3kHz范围内可调。     

二维材料调制的掺铥脉冲光纤激光器的研究进展

2μm波段掺铥脉冲光纤激光器由于在人眼安全、激光雷达、生命科学、光通信和医疗等领域有着重要的应用,近年来成为新型光纤激光器的研究热点。以石墨烯为代表的二维材料因其优良的可饱和吸收特性引起人们的广泛关注。分析了碳纳米管、石墨烯、黑鳞及拓扑材料等二维材料作为可饱和吸收体在掺铥脉冲激光器中的应用和发展。对国内外基于二维材料的掺铥脉冲光纤激光器的研究进展进行了综述,并对其未来的发展前景进行了展望。     

高功率超短脉冲掺铥光纤激光器的研究进展

掺铥光纤激光器可广泛应用于激光医疗、人眼安全雷达、非金属材料加工、光电对抗等众多领域,具有其他波段光纤激光器不可替代的重要作用。主要介绍了本课题组在高功率超短脉冲掺铥光纤激光器方面的研究进展,包括利用光纤布拉格光栅控制锁模掺铥光纤振荡器的脉冲宽度和光谱形状,实现了2μm波段高重复频率、高稳定性的皮秒脉冲激光输出。同时,采用该皮秒脉冲激光作为种子源,研制出了百瓦量级全光纤结构的皮秒掺铥光纤放大器,最后一级功率放大器的最大平均输出功率为120.4W,脉冲宽度为16ps。此外,设计并搭建了全光纤全保偏结构的皮秒掺铥光纤放大系统,实现了平均功率为240 W的线偏振皮秒脉冲激光输出,偏振消光比大于15dB,脉冲宽度为45ps。     

20W全光纤结构掺铥皮秒脉冲光纤激光器

2.0μm波段掺铥光纤激光器可广泛应用于人眼安全雷达、激光传感、生物医疗以及材料加工等领域,已逐步成为近年来国内外新型激光源研究的热点之一。目前,2.0μm波段掺铥连续光纤激光器平     

210W全光纤结构单频、单偏振掺铥光纤激光器

<正>近年来,随着高亮度半导体抽运源输出功率的提高以及大模场面积双包层掺铥光纤的出现,连续掺铥光纤激光器输出功率已经达到了千瓦量级,已广泛应用于激光医疗等领域,然而在激光雷达、中红外非线性频率转换等领域,迫切需要窄线宽输出的单频掺铥光纤激光器。最近,本课题组研制出了全光纤主振荡功率放大(MOPA)结构的平均输出功率为210 W的单频、单偏振连续     

掺铥光纤激光器及其碎石应用：进展与展望

激光自诞生以来就在众多领域中有着广泛应用，激光碎石技术就是其中之一。相比目前激光碎石技术的“金标准”钬激光器，掺铥碎石光纤激光器在近些年不断发展，而且逐步被证明可实现更快的碎石速率与粉末化碎石、产生较小的碎石反推力、允许更高的液体灌溉速率等手术优点，同时整机系统支持免水冷工作、高电光效率运转、全光纤高效耦合以及大幅度体积缩减，因此受到了越来越多的关注。本文从连续性、准连续型和纳秒短脉冲型掺铥光纤激光器三个角度出发，详细总结了掺铥光纤激光器的部分重要研究进展及其在碎石领域的研究，介绍了掺铥光纤激光器用于碎石的优势与原理，并展望了未来研究的方向和挑战。     

高功率窄线宽全光纤结构掺铥连续光纤激光器

报道了高功率、窄线宽、全光纤结构的2μm波段掺铥连续光纤激光器。该掺铥连续光纤激光器采用了主振荡功率放大(MOPA)结构设计,通过采用790nm的多模半导体激光器抽运双包层单模掺铥光纤,获得了稳定的中心波长为1963nm的窄线宽、连续激光输出,最大输出功率为20mW。利用该低功率连续激光作为种子源经过两级掺铥光纤放大器后,平均输出功率达到了22W,相应的斜率效率为44%,激光中心波长为1963nm,3dB光谱线宽仅为0.24nm。     

瓦级输出全光纤结构2.0μm掺铥皮秒脉冲光纤激光器

研制了高功率全光纤结构2μm波段掺铥皮秒脉冲光纤激光器。该激光器采用了主振荡功率放大(MOPA)结构设计,种子源采用790nm的多模半导体激光器作为抽运源、双包层掺铥光纤作为激光增益介质、半导体可饱和吸收镜(SESAM)作为锁模器件,从而实现了重复频率为10.4MHz的皮秒激光脉冲输出,其最大平均输出功率为15mW。种子源经过一级掺铥光纤放大器后,获得了1.1W高平均功率输出,相应的单脉冲能量高达105nJ,激光脉冲宽度为9ps,峰值功率为11.6kW。此时测得激光脉冲的中心波长为1963nm,3dB光谱带宽为0.5nm。     

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。