同向与反向抽运光纤拉曼放大器的增益比较

为分析同向抽运与反向抽运光纤拉曼放大器(FRA)的增益特性,基于已有的耦合微分方程,采用反向抽运中打靶法和龙格库塔法相结合的算法,得到相应结果;详细分析了所有参量对增益的影响,对两种抽运方式在小信号和大信号时分别进行比较,指出小信号时,同向和反向抽运FRA的增益相差不大;大信号时,同向抽运FRA的增益要高于反向抽运的,并且比反向抽运更难以达到增益饱和.     

混合抽运和增益开关铥/钬共掺脉冲光纤激光器对比研究

提出了利用1570nm的连续激光和1565nm的脉冲激光混合抽运铥/钬共掺光纤获得脉冲激光输出的方案,搭建相应的实验平台,得到了混合抽运方式下的2μm稳定脉冲激光输出。同时进行了直接增益开关方式获得脉冲输出的实验。对两种方式获得的脉冲进行了对比。实验结果表明,在相同输出功率水平下,混合抽运方式获得的脉冲激光更加稳定,能量浮动小于5%。相对于直接增益开关方式,混合抽运方式在获得更加稳定的脉冲激光输出上具有一定优势。但直接增益开关方式获得的激光输出的脉宽要小于混合抽运方式获得的激光脉宽。     

低时间抖动的增益开关型被动调Q激光器

被动调Q激光器的输出抖动一般较大,为了降低这一输出时间抖动,同时实现激光器的小型化,可以根据增益开关工作原理,利用电源控制抽运功率密度变化,实现被动调Q情况下的增益开关.根据这一原理研制了环形激光二极管(LD)抽运增益开关调Q激光器.这种新型被动调Q激光器的输出能量为30 mJ,输出脉冲宽度约16 ns.实验中将传统的两套抽运源减少为一套,通过控制电源波形直接形成抽运功率的增益台阶脉冲,减少了影响时间跳动的因素.多发次统计测量结果表明,激光脉冲与电源输出外触发信号的时间抖动小于1 μs.根据测量的抽运预脉冲功率稳定性和阶跃脉冲的瞬时抽运功率计算的输出抖动与实验结果基本相符.     

低重复频率全正色散脉冲光纤激光器的三种锁模状态

研究了一种基于半导体可饱和吸收镜（SESAM）锁模的线性腔掺镱光纤激光器,其工作在全正色散区域。实验中通过调节偏振控制器和抽运功率,观察到三种不同的锁模状态。除了相同的重复频率（基频435.6 kHz）,三种锁模状态的光谱、脉冲形状以及随抽运功率变化的演化过程均具有较大差异,其中状态一具有对称加宽的类高斯形光谱;状态二具有非对称加宽的平顶光谱;状态三的脉冲宽度随抽运功率增加急剧增大,脉冲特性类似于耗散孤子,但光谱与之不同。     

基于多模干涉效应的全正色散被动锁模掺镱光纤激光器

报道了一种全光纤结构耗散孤子被动锁模光纤激光器。激光器中使用了一种基于多模干涉原理的光纤滤波器,它由两段单模光纤和一段多模光纤组成。通过合理的选取多模光纤的长度,制作了中心波长在1067nm处、3dB带宽为7.5nm的光谱滤波器并将其应用于全正色散被动锁模掺镱光纤激光器中。实验中使用半导体可饱和吸收镜(SESAM)作为锁模元件,在抽运功率为865mW时,获得重复频率为18.5MHz的稳定锁模啁啾脉冲串,脉冲宽度为21ps,平均输出功率为8mW,单脉冲能量为0.43nJ。输出脉冲光谱半峰全宽为4.32nm,光谱边缘有明显陡沿。     

抽运功率配置对双向喇曼放大器性能的影响

为了研究抽运功率配置对双向抽运光纤喇曼放大器性能的影响,基于已有的耦合方程,采用数值仿真方法,分析了不同抽运功率配置对双向抽运光纤喇曼放大器的增益、增益饱和以及抽运功率转换效率的影响。结果表明,双向抽运光纤喇曼放大器的增益、增益饱和以及抽运功率转换效率特性均介于同向和反向抽运光纤喇曼放大器之间,并且随着同向抽运功率在抽运总功率中所占比例的升高,增益、增益饱和功率和抽运功率转换效率的数值增加;大信号、抽运功率较大时,抽运功率配置对双向抽运光纤喇曼放大器性能的影响显著。这对双向抽运光纤喇曼放大器和光纤激光研究具有一定的参考价值。     

光纤激光器中两种孤子形成机制的实验研究

光纤激光器中具有两种孤子形成机制,一种是光纤非线性效应与腔色散的相互作用,另一种是增益饱和与增益色散的相互作用。从实验上研究了当腔的净色散为负或为正时,输出脉冲分别具有传统孤子或增益导引孤子的特性,而当腔的净色散为零时,两种形成机制共同作用于孤子。锁模脉冲的特性依赖于腔的色散、光纤的非线性效应、增益饱和与增益色散间的相互作用与竞争。     

耗散孤子和束缚态脉冲可切换的超连续谱产生

当超短脉冲进入高非线性光纤时,在色散和非线性效应的共同作用下,脉冲频谱中会产生一些新的频率分量,使得输出频谱比输入频谱宽得多。这种光谱被称为超连续谱。超连续谱光源具有光谱范围宽、方向性好、亮度高、空间相干性好等优点。在锁模激光器中,传统孤子、耗散孤子和类噪声脉冲可以作为种子源产生超连续谱。文中,笔者建立了一个NPR被动锁模光纤激光器来产生脉冲激光。然后,添加一段DCF以补偿腔中的色散,从而产生耗散孤子。同时,通过调节腔内PC,可以实现束缚态和耗散孤子的状态切换。输出脉冲经10 m单模光纤压缩后注入部分拉锥后的高非线性光纤以产生超连续谱。实验中,我们得到了脉宽为5.6 ps、重复频率为32 MHz、信噪比为52 dB的耗散孤子锁模脉冲,压缩后的脉冲宽度为868 fs,用作超连续谱产生。超连续谱的覆盖范围约为1200~2200 nm,其20 dB谱宽为357 nm。通过调节偏振控制器,实现耗散孤子脉冲与束缚态脉冲之间的切换,束缚态脉冲持续时间为1.4 ps,脉冲间隔为14 ps,信噪比为51 dB,产生1600~1870 nm的超连续光谱,20 dB的光谱宽度为135 nm。     

高功率脉冲抽运Er-Yb共掺光纤放大器的理论研究

基于速率方程理论对低重复频率高功率脉冲抽运Er-Yb共掺光纤放大器(EYDFA)进行了理论研究。通过采用有限差分法对理论模型的求解,系统分析了在放大自发辐射(ASE)受限情况下,抽运脉冲峰值功率、抽运脉宽、信号时延对放大器性能的影响。结果表明,在将ASE控制在合理范围的情况下,抽运脉冲存在一个最佳的抽运脉冲宽度,信号脉冲相对抽运脉冲的时延对输出峰值功率和脉冲能量有非常重要的影响。而且对给定的增益介质,抽运脉冲峰值功率也并非越高越好,而是存在一个最佳值。该研究结果对高功率脉冲抽运Er-Yb共掺光纤放大器的实验研究具有指导意义。     

垂直外腔面发射激光器抽运脉冲的优化设计

采用脉冲抽运方式可显著改善光抽运垂直外腔面发射半导体激光器的热效应,大幅度提升激光器的输出功率。用有限元方法数值求解瞬态传热方程,得到激光器中温度升高的最大值随抽运脉冲的变化规律。讨论了抽运光脉冲宽度范围的选择,分析了抽运脉冲重复频率对激光器中温度升高最大值的影响作用,对抽运脉冲的时间宽度进行了优化设计。结果表明,对于基质去除型的InGaAs量子阱垂直外腔面发射激光器,抽运光脉冲的宽度介于1～10μs时,激光器中最大温升值即明显下降;同时,抽运脉冲的重复频率应限制在50kHz以内,以满足脉冲间隔大于激光器热弛豫时间的要求,否则激光器中会产生热量的积聚,增加最大温升值。     

基于单模光纤的锁模再生放大器

对基于单模光纤的锁模再生放大器(即基于脉冲起振的耗散孤子锁模激光器)的动力学过程进行数值模拟,分析了输出脉冲能量、时域宽度、光谱宽度随入射脉冲在腔内循环次数增加的演化过程。实验中通过插入电光调制器使振荡腔从脉冲起振,阐述了该电光调制器选取脉冲的工作时序,实现了入射脉冲在腔内稳定循环13次;同时,在固定入射脉冲腔内循环2次的前提下,分析了抽运功率对输出光谱的影响,最终输出单脉冲能量为20nJ,光谱宽度约为60nm的脉冲。此外,还分析了基于单模光纤的锁模再生放大器输出脉冲能量增长受限的原因。     

小型化高能量对称抽运热传导激光器

为了解决热传导散热激光器抽运和散热不均匀导致光束质量下降的问题，采用一种对称抽运和对称散热的激光抽运构型，结合激光棒端面直接镀膜技术，设计了一种小型化热传导激光器，并进行了试验验证。结果表明，激光器在5Hz重复频率下输出大于100mJ的能量，脉冲宽度为9.18ns，能量稳定度优于8%;且通过了高低温、振动试验，性能稳定。这种对称抽运热传导激光器具有结构简单、输出能量高和光束质量好的优点，特别适合用于小型化机载激光测距领域。     

同步抽运锁模的掺镱光纤激光器

同步抽运锁模是一种调制增益的锁模技术，就是调节抽运光的调制频率使之等于激光器纵模间隔的整数倍。通过对抽运光源半导体激光器的驱动电流进行正弦调制，实现了掺镱光纤激光器(YDFL)的同步抽运锁模。通过调整抽运激光器的调制频率，在相应于二次谐波锁模，4阶有理数谐波锁模条件下分别得到了较窄的脉冲输出。对重复频率625kHz的二次谐波锁模脉冲序列，脉冲宽度小于20ns，约为抽运光宽度的1／40；平均输出功率2．34mw，能量转换效率约为5％。     

光纤拉曼放大器的最大拉曼增益特性

为了分析同向抽运与反向抽运光纤拉曼放大器的最大拉曼增益,基于耦合微分方程,采用理论推导的方法,根据不同抽运结构下信号光放大的不同实际情况定义并推导出同向抽运光纤拉曼放大器和反向抽运光纤拉曼放大器的最大拉曼增益公式。然后,详细分析了各个参数对两种抽运方式下光纤拉曼放大器的最大拉曼增益的影响。对两种抽运方式下相同参数引起的最大拉曼增益进行了比较。结果表明,同样的参数对同向抽运与反向抽运光纤拉曼放大器最大拉曼增益的影响有相同的地方,也有不同的地方。最后,将最大拉曼增益和常用的开关增益进行了比较。对光纤拉曼放大器的实验、成本估计和器件效率等研究有重要参考意义。     

重复频率100 MHz脉冲宽度39 fs的掺铒光纤激光器

提出一种在非高重复频率下获得窄脉宽脉冲输出的呼吸孤子掺铒光纤激光器设计方案。通过缩短腔内具有大色散系数的正负色散光纤的长度来保证腔内脉冲有较大的呼吸比,通过引入零色散光纤来降低激光器的重复频率。采用波分复用器及隔离器集于一体的光纤混合器,并以前向抽运方式来降低腔内脉冲能量的损耗,并且通过优化腔内负色散光纤的分布来确定输出端的位置。基于此,构建出重复频率为100 MHz的呼吸孤子掺铒光纤激光器,其输出光谱宽度为112 nm,直接输出脉冲宽度为68 fs,色散补偿后的输出脉冲宽度为39 fs,当抽运功率为900 mW时输出脉冲的平均功率为94.5 mW。     

不同抽运方式下掺Yb3+光纤放大器的增益和噪声特性

为了探讨不同抽运方式下掺Yb3+光纤放大器的增益和噪声特性,对910nm掺Yb3+光纤放大器进行数值模拟。结果表明,抽运方式对增益影响较小,但对噪声特性影响较大,光纤达最佳长度时,正向和双向抽运方式的掺Yb3+光纤放大器要优于反向抽运方式。这一结果对掺Yb3+光纤放大器的试验设计具有重要的作用。     

激光二极管阵列抽运高增益钕玻璃棒状放大器

宽带高增益钕玻璃放大器在惯性约束聚变(ICF)激光驱动器研究中具有重要意义.对影响激光二极管阵列(LDA)抽运钕玻璃棒状放大器增益的各因素进行分析,确立了放大器的优化参量.建立了模拟环形LDA侧面抽运钕玻璃棒状放大器功率沉积过程的光线追迹模型,并开发相关程序.在模拟计算基础上,分别优化了LDA直接耦合抽运和LDA准直耦合抽运这两种构型的放大器参数.最后引入了指向误差分析,比较了这两种耦合方式的优劣,最终将放大器定为直接耦合抽运方式.按照优化后的结构加工了8.1 kW激光二极管抽运的2 mm钕玻璃放大器,放大器的荧光分布均匀,当抽运功率为7.7 kW时,得到了40倍的小信号增益,且放大器后增加偏振片时所测增益稳定性较好.     

增益开关型微片激光器的时间特性

从速率方程出发,采用在直流抽运上叠加脉冲抽运的方式,建立激光二极管(LD)抽运的增益开关型Nd∶YVO4微片激光器的数学模型,并给出不同抽运条件下输出脉冲的时间特性。数值研究结果表明,当直流抽运速率、脉冲抽运速率和抽运脉宽的变化量在10%以内时,输出脉宽变化不大,而脉冲个数变化较大且与抽运参数呈非线性单调递增关系。利用建立的实验装置,测量了在不同激光二极管驱动电流和调制脉宽时输出脉冲的时间特性,发现驱动电流的增幅在10%以内时,输出脉宽变化小于5%,但输出脉冲个数增加较为明显,且实验结果与数值模拟结果相符。     

基于PLZT开关的全光纤单模调Q掺Yb3+光纤激光器

PLZT电光陶瓷具有良好的透明性、高电光系数等特性,用来实现全光纤调Q开关具有很大的优势.分析了PLZT全光纤调Q开关的原理,测量了调Q开关的时间波形,研究了基于PLZT开关的全光纤单模环形调Q掺Yb3 光纤激光器.抽运光功率为180 mW,莆复频率为1 kHz时,得到峰值功率25.6 W,脉冲宽度80 ns,光谱宽度1 nm,脉冲能量2.0 μJ的调Q脉冲.此外,分别研究了抽运功率和重复频率对脉冲峰值功率和脉冲宽度的影响,结果表明,同一重复频率情形下,随着抽运功率的升高,峰值功率增大,脉冲宽度降低;同一抽运功率水平下,随着重复频率的增大,脉冲的峰值功率减小,脉冲宽度增大.     

低能量抽运的增益开关型Cr4+∶Mg2SiO4激光器

为了研究低能量的1.06μm调Q激光脉冲抽运的增益开关型Cr4+∶Mg2SiO4激光器,对该激光器的速率方程进行数值求解,并选取合适的初始条件,得到输出的1.22μm激光脉冲的时间波形、脉冲的建立时间和脉冲宽度与抽运能量的关系,理论计算与实验研究结果基本符合.当抽运激光脉冲的能量为45mJ、脉冲宽度为30ns时,激光器输出的1.22μm激光脉冲的能量和脉宽分别是7mJ 和8.2ns.输出激光的脉冲宽度是抽运激光的脉冲宽度的近1/4,光-光转换效率为15.5%.数值计算和实验研究结果均表明,在低能量抽运情况下,激光脉冲的建立时间和脉冲宽度均随着抽运能量的增加而减小.