铒镱共掺双包层光纤的研究

文中主要介绍了用MCVD工艺结合溶液掺杂技术制备铒镱共掺双包层光纤的设计、制作及性能.通过铒镱掺杂浓度的对比实验以及制备工艺的改进,找到了合适的铒镱掺杂浓度比,提高了铒镱掺杂浓度,有效防止了预制棒芯部的凹陷,最终制作出铒镱掺杂浓度高(吸收系数≥2dB/m)(976nm)、内包层形状为D形的铒镱共掺双包层光纤.     

我国掺稀土光纤的现状分析

掺稀土光纤作为激光增益介质在光纤通信、光纤激光器和传感器等领域有着广泛的应用,国内掺铒光纤、掺镱光纤的市场曾长期被Corning、Lucent等国外光纤制造厂商所垄断,近年来我国掺铒光纤、掺镱光纤的研究取得了很大进展,已部分替代国外进口.文章主要介绍国内掺铒光纤、掺镱光纤的研究现状和发展趋势.     

掺铒保偏光纤的技术现状

本文介绍了掺铒保偏光纤的基本结构，制造方法，分析了掺铒保偏光纤的增益特性，保偏特性，增益和偏振间的相互关系，最后介绍了保偏光纤的接续技术。     

光纤长度优化的高功率铒镱共掺光纤放大器

为了研究不同增益光纤长度下1555nm高功率光纤放大器的输出功率,采用两级混合结构的方法,用掺铒光纤放大器和双包层铒镱共掺光纤放大器分别作为1级预放大器和2级主放大器。掺铒光纤放大器对信号光进行预放大,并提高放大器的信噪比;双包层铒镱共掺光纤放大器为主放大器,其双包层结构可以把更多的多模抽运光耦合进系统。对铒镱共掺光纤的最佳长度做了理论分析和实验验证,在信号光功率为10mW、掺铒光纤放大器的抽运功率为318.58mW、双包层铒镱共掺光纤放大器的抽运功率为11.71W、增益光纤长度为14m时,输出功率取得了2.11W的实验数据。在分析输出信号光谱时发现,L波段附近有放大自发辐射谱出现,这是选择的增益光纤过长导致的。结果表明,在光功率和信号光功率一定时,光纤放大器有一个最佳的光纤长度。这一结果对研究光纤放大器的高功率输出是有帮助的。     

掺镱大模场光子晶体光纤研究进展（特邀）

掺镱大模场光子晶体光纤在高峰值功率超快激光放大器中有着重要的应用价值,其研究得到了广泛关注。首先简要介绍了国内外掺镱大模场光子晶体光纤的研究进展,阐述了掺镱大模场光子晶体光纤的基本设计思路,对比说明了保偏型掺镱光子晶体光纤的设计制备方法。重点介绍了近十年来中国科学院上海光学精密机械研究所在掺镱大模场光子晶体光纤方面的研究进展。包括掺镱大模场光子晶体光纤的纤芯折射率大小和均匀性控制、光子晶体光纤微结构控制等关键技术。采用自主研制的四种芯径为40～100μm的掺镱大模场光子晶体光纤开展了皮秒脉冲激光放大实验。利用40μm芯径的保偏掺镱光子晶体光纤实现了平均功率为100 W、光束质量因子（M2）小于1.4的稳定输出,偏振消光比为12 dB。利用100μm芯径的保偏掺镱大模场光子晶体光纤实现了M2小于1.5的高光束质量脉冲放大。上述研究为掺镱大模场光子晶体光纤的国产化应用奠定了基础。     

基于铒镱共掺光纤光栅的M-Z干涉型全光开关

提出了基于铒镱共掺光纤光栅的马赫-曾德尔(M-Z)干涉仪结构的光控光开关,干涉仪的一臂为铒镱共掺光纤,另一臂为铒镱共掺光纤光栅.通过泵浦光来抽运铒镱共掺光纤从而调节两个臂信号光的相位差,引起干涉的变化,从而实现了光开关的作用.实验上在10 mW的泵浦功率水平下,实现了消光比为8 dB的全光开关.     

空间光通信中空间辐射对光纤放大器性能的影响

以60Co为辐射源, 通过地面辐射模拟实验, 对掺铒和铒镱共掺两种光纤放大器的性能变化进行了对比分析。实验结果表明, 在总剂量为40 krad的低剂量轨道辐射环境中, 信号光通过这两种光纤放大器后, 其中心波长及半宽都没有发生显著变化, 这为光纤放大器能够应用于空间光通信提供了保证; 在辐照过程中掺铒光纤放大器的增益下降3.91 dB, 而铒镱共掺光纤放大器的增益下降17.60 dB, 表明镱离子的存在使得铒镱共掺光纤放大器的抗辐射性能要明显弱于掺铒光纤放大器, 这也为不同发射功率下的空间光通信系统在选择合适类型的放大器时提供了一个有益的参考。     

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。     

高功率光纤放大器的实验

文章首先介绍了包层泵浦的基本原理和采用大功率多模泵浦激光器泵浦镱铒共掺双包层光纤实现高功率放大器的技术方案,并与传统掺铒光纤放大器(EDFA)的技术方案进行了比较.随后,作者在文章中提出了创新的光学结构,即在第1级采用传统EDFA技术优化噪声指数,第2级采用镱铒共掺双包层光纤和高功率多模泵浦激光器以提升输出功率.采用此结构的光放大器获得了30.9 dBm的输出功率和5.2 dB的噪声指数.     

“领结”型光纤

一个美国与澳大利亚的协作组演示了一种能保持输入光信号偏振态的光放大器。这种原型器件据称达到了超过 15 d B的偏振消光比及 3.5 W的输出功率。放大器的关键是 9.5 m长的专门研制的掺镱“领结”型光纤。此光纤有双重包层 ,因此可以在大功率情况下工作。项目组成员之一的美国 Sandia国立实验室的 Dahv Kliner说 :“掺铒单包层保偏光纤已经商品化 ,但采用其它稀土掺杂剂的保偏光纤还没有商品化 ,而且 ,大功率 (超过 10 0 m W)应用场合一般要采用双包层光纤。”Sandia国立实验室认为光纤“领结”型结构可获得光纤保偏特性 ,这种光纤在纤…     

高功率多模铒镱共掺双包层光纤激光器的研究

为了获得尽可能高的输出功率以满足应用需求,分别以实验和数值分析的方法对铒镱共掺双包层光纤激光器的性能进行了进一步研究.实验上,采用加拿大国家光学研究所生产的EY805型铒镱共掺双包层多模光纤作为增益介质,描述了输出功率随入纤抽运功率以及光纤长度的变化,在光纤长度为1.8m的情况下,获得了3.5W的最大输出功率,光-光转换效率达31.8%.基于速率和传输方程,对该铒镱共掺双包层光纤激光器进行了数值模拟,在相同光纤长度下,计算的最大输出功率约.W,光-光转换效率0%,比实验结果要高.讨论了进一步对该光纤激光器性能进行优化的措施.该结果对于促进铒镱共掺双包层光纤激光器的实用化及其性能改进具有重要意义.     

980nm光纤激光器发展现状与展望

980nm波段的掺镱光纤激光器因有望获得高亮度激光输出,代替980nm波段的半导体激光器成为掺铒/镱光纤激光器高亮度的抽运源而备受关注。从980nm波段光纤激光器广泛使用的4类增益光纤——单模单包层掺镱光纤、常规双包层掺镱光纤、JAC(Jacketed air-clad)掺镱光纤以及超大纤芯掺镱光子晶体光纤出发,对国际上各研究机构所做的工作进行了综述,介绍了其实验进展和存在的问题。最后就980nm波段光纤激光器的未来发展方向进行了探讨。     

国产掺镱保偏光纤的制备及其激光性能研究

基于改进的化学气相沉积(MCVD)工艺，结合溶液掺杂技术，成功制备出11μm/125μm掺镱保偏光纤，并研究了其激光性能。该光纤的纤芯数值孔径为0.09，双折射系数值为3.0×10^-4,915 nm和976 nm处的包层吸收系数分别为2.48 dB/m和7.05 dB/m。搭建了全光纤振荡器结构测试平台，当掺镱保偏光纤长度为2.25 m、976 nm泵浦功率为57 W时，实现了最大输出功率为48.9 W、斜率效率为85.5%的激光输出，输出光谱呈洛伦兹型。     

基于铒镱共掺分布布拉格反射式光纤激光器的有源光纤水听器声压灵敏度

对基于铒镱共掺分布布拉格反射式光纤激光器(DBR-FL)的有源光纤水听器进行了研究.制作了腔长为8 cm的铒镱共掺DBR-FL,在抽运功率为50 mW时,激光器的输出功率达到0.263 mW;采用带法拉第旋镜的迈克尔逊干涉仪和相佗载波(PGC)解调方案,解调出施加在铒镱共掺DBR-FL有源光纤水听器的声信号,并通过与标准压电水听器对比得到声压灵敏度;对单频信号进行多次测量,声压灵敏度的波动小于±0.6 dB;测量了80 Hz到2.5 kHz频率范围的响应曲线,除125 Hz,200 Hz和250 Hz三个频点外,声压灵敏度已达到或超过部分文献报道中干涉型光纤水听器的灵敏度;与基于DFB-FL的有源光纤水听器做了对比测试,结果表明频率响应不平坦是未对水听器进行封装和测试系统引起的.     

铒/镱共掺光纤的超荧光研究

研究了铒/镱共掺光纤的超荧光特性,用4.5 m长铒/镱共掺光纤在248 mW的1 064 nm Nd∶YAG激光泵浦下,在峰值波长1 534.96 nm处,光谱3 dB带宽为1.76 nm.其输出光功率达23 mW,斜率效率为12.9%,输出功率稳定性为±0.05 dB.     

双波长单纵模掺铒光纤环形激光器设计及实验研究

为了实现1550nm正交线偏振双频激光输出,设计了一种复合环形腔双波长单纵模掺铒光纤(EDF)激光器,以保偏光纤Bragg光栅作为波长选择元件,并采用未抽运掺铒光纤饱和吸收体作为激光单纵模选择元件,从而实现正交线偏振1550nm双波长单纵模激光稳定振荡输出。简要介绍了复合环形腔选模及未抽运掺铒光纤饱和吸收体选模的基本原理,理论分析了未抽运掺铒光纤长度对单纵模选择的影响,实验研究了不同选模情况下双波长激光的振荡特性。实验结果表明:腔内含有保偏光纤Bragg光栅和未抽运掺铒光纤饱和吸收体的复合环形腔。掺铒光纤激光器能够稳定输出1550nm正交线偏振双波长单纵模激光,其波长间隔约为0.344nm。这种双波长单纵模光纤激光器可广泛应用于激光传感与测量以及密集波分复用(DWDM)光纤通信等领域。     

基于铒镱共掺光纤放大器的仿真研究

基于铒镱掺杂光纤放大器具有光纤短增益特性好的优点,对在混合光纤放大器中用铒镱掺杂光纤放大器来代替掺铒光纤放大器的方法进行了研究,并对铒镱光纤的长度和掺杂浓度进行了精心的选择,而后利用仿真软件对在2.5Gb/s和10Gb/s速率下的混合光纤放大的DWDM系统进行了仿真分析.     

单频光纤放大器中泵浦作用的相位噪声

研究了铒镱共掺单频光纤放大器中100 Hz～1 kHz频段内的相位噪声,并通过实验证明该尖峰噪声为泵浦电源产生的相位噪声。从铒镱共掺光纤放大器的功率传输方程出发、结合泵浦激光的热传递函数,数值分析了泵浦功率、泵浦波长、增益光纤长度对100 Hz～1 kHz频段内相位噪声的影响。通过二级光放大结构对输出激光的相位噪声进行测量,并将实验结果与数值仿真结果进行对比,证明了理论模型的可靠性。该研究优化了主谐振功率放大结构铒镱共掺单频光纤放大器的相位噪声特性、并为提高相干合成时的合束效率提供指导。以上所得结果普遍适用于主谐振功率放大结构的光纤放大器。     

Er3+/Yb3+共掺磷酸盐光纤放大器增益分析新模型

从磷酸盐玻璃材料微观结构出发,建立了一种求解铒镱共掺光纤增益的新模型.定量分析了镱离子对铒离子浓度猝灭的抑制作用,通过模型计算得到泵浦光激励下,一定浓度的Er3 /Yb3 共掺磷酸盐玻璃光纤增益值,计算结果与实验数据符合很好.该模型为磷酸盐玻璃放大器的设计提供了数值依据.     

基于扭绞保偏光纤光栅的单纵模单偏振掺铒光纤激光器（英文）

提出并实现了一种基于扭绞保偏光纤光栅的单纵模单偏振掺铒光纤激光器。光纤激光器的线型激光谐振腔由两个均匀保偏光纤光栅构成并作为激射波长和纵模模式选择器件,均匀保偏光纤光栅采用248 nm KrF准分子激光直接刻写在不需要氢载的自制保偏光敏掺铒光纤上。利用保偏光纤光栅引起的偏振依赖损耗效应,通过对光纤激光器谐振腔进行适当扭绞,成功实现了稳定输出的单纵模单偏振掺铒光纤激光器。