包层抽运掺镱光纤激光器中受激拉曼散射和受激布里渊散射效应

高功率光纤激光器大多选用掺镱双包层光纤作为增益介质,由于光纤尺寸较小,极易在光纤谐振腔中产生受激布里渊散射、受激拉曼散射效应。包层掺镱双包层光纤激光器中一旦发生受激拉曼散射和受激布里渊散射效应,其产生高强度信号成为高功率光纤激光器的主要噪声来源,影响激光输出的特性和稳定性。对包层抽运掺镱光纤激光器中的受激布里渊散射和受激拉曼散射进行了实验研究,在单模双包层光纤中观察到受激布里渊散射和受激拉曼散射。实验结果表明,在光纤谐振腔中,抽运方式、谐振腔输出镜损耗、受激瑞利散射对受激布里渊散射的影响较大,尤其是受激瑞利散射为谐振腔提供了附加反馈,不仅压窄激光信号的线宽,而且使得受激布里渊散射的阈值迅速降低。     

180 W单频全光纤激光器

高功率单频光纤激器在相干探测、功率光谱合成等方面具有广泛的应用前景。分析了高功率单频光纤激光器中受激布里渊散射效应的抑制方法,研究了放大级特性对受激布里渊散射效应的影响。采用线宽为70 kHz的单频光纤激光器作为种子源,经两级光纤放大,实现了中心波长1 064.1 nm、线宽70 kHz、最高功率为180 W的单频全光纤激光输出,光-光转换效率71.1%,光束质量Mx2=1.2,My2=1.21。分析了改变放大级特性前后输出功率提升的原因,认为改变放大级的温度分布减小了受激布里渊散射效应的增益系数,提高了输出激光的受激布里渊散射阈值,促使改变放大级温度分布后的输出功率大幅提高。该激光器的输出功率仅受限于泵浦功率,进一步提高泵浦功率,有望实现更高功率的单频光纤激光输出。     

受激布里渊光纤环形激光器及其阈值分析

布里渊光纤激光器得到了广泛应用,为了确定谐振腔的光纤长度,首先综述布里渊光纤环形激光器的研究进展,指出受激布里渊光纤环形激光器的优点及主要应用,并提出一种受激布里渊光纤环形激光器的方案.从非线性的受激布里渊散射理论出发,根据受激布里渊散射的阈值模型,推导并得出受激布里渊散射的阈值公式,研究受激布里渊光纤激光器中受激布里渊散射效应的阈值与谐振腔中光纤长度的关系,并进行仿真.仿真结果与实验结果相符,对受激布里渊光纤激光器谐振腔的设计具有参考价值.     

基于干涉环结构的调Q光纤激光器

从光纤干涉环中受激瑞利散射(SRS)和光纤中受激布里渊散射(SBS)共同作用调Q的原理出发,研究了光纤干涉环耦合比及环长对调Q光纤激光器输出激光特性的影响。分别采用耦合比为50∶50,80∶20,90∶10的光纤干涉环在不同环长下搭建掺Er3 调Q光纤激光器进行实验。实验结果表明,干涉环的耦合比和环长是影响输出激光特性的关键因素,耦合率(~10%)的干涉环适宜产生脉冲激光,具有高耦合比干涉环的光纤激光器只有连续激光输出;环长根据干涉环耦合率(~10%)在2 m附近调整可以获得理想脉冲激光输出,环长过短时产生输出激光的弛豫振荡,反之产生输出激光脉冲的分裂。采用耦合比为90∶10,环长为2 m的光纤干涉环时,在37 mW的抽运功率下获得脉宽7.2 ns,重复频率212.4 kHz,输出功率5.4 mW的脉冲激光,脉冲波形较好,峰值功率有~30%的波动。     

多阶级联拉曼光纤激光器的理论分析与优化设计

由稳态条件下描述光纤中受激拉曼散射(SRS)效应的光功率耦合方程出发,采用解析方法对多阶级联拉曼光纤激光器(CRFLs)进行了理论分析。根据拉曼光纤激光器级联阶数的奇偶性分别推导出了多阶级联拉曼光纤激光器的输出功率、光-光转换效率最大时的拉曼光纤长度和输出耦合器反射率。通过忽略反射回谐振腔输入端的剩余抽运光功率,计算了5阶级联拉曼光纤激光器的输出特性和光-光转换效率随光纤长度和输出耦合器反射率的变化。利用已有的5阶级联掺锗拉曼光纤激光器输出特性实验数据与理论分析结果进行了对比。     

高功率双包层光纤激光器的受激拉曼散射

受激拉曼散射(SRS)会限制光纤激光器功率的提高。利用光纤激光器的功率传输方程,理论分析了高功率掺Yb3 双包层光纤激光器中的受激拉曼散射效应,得到了纤芯直径、光纤长度、掺杂浓度以及抽运方式对光纤激光器特性的影响。通过分析,得到了增大纤芯直径、减小光纤长度、降低掺杂浓度以及合理的抽运方式可以有效地减小拉曼散射的影响。利用已有的实验结果对理论模型进行了对比,证明了理论模型的正确性。所得的结果对设计实现高功率双包层光纤激光器提供了理论依据。     

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SBS过程自调Q掺铒光纤激光器的研究

利用单模光纤的非线性效应———背向受激布里渊散射 (BSBS)和光纤光栅的选频特性 ,用掺铒单模光纤作增益介质 ,采用半导体激光器连续抽运方式 ,研究了自调Q光纤激光器的运转情况 ,得到了稳定的光脉冲输出。脉冲宽度 (FWHM)约为 2 2ns,重复频率为 6 4 5MHz。     

掺镱光纤激光器中的自脉冲效应

高功率光纤激光器多选用掺镱双包层光纤作为增益介质。掺镱双包层光纤与普通非掺杂光纤相似,由于纤芯尺寸非常小,一般为几微米至几十微米量级,极容易产生自脉冲效应。进行了大功率条件下掺镱光纤激光器自脉冲效应的研究,观察到不同的自脉冲现象。 研究结果表明,在大功率激光作用下,尽管镱离子不存在浓度淬灭,但是对于大芯径掺镱双包层光纤,与其他三能级系统相同,均存在弛豫振荡引发的饱和吸收自脉冲效应。掺镱光纤激光器中的饱和吸收效应、受激布里渊散射、受激拉曼散射等自脉冲效应不容忽视。     

多模掺锗石英光纤中非线性的研究

本文报导了用一台调Q和锁模Nd:YAG激光器泵浦一根长500m,芯径为100μm的锗石英光纤,产生了四级stokes受激拉曼散射和一个由四光子参量混频产生的可见到近红外连续光谱,用色散理论阐明了连续谱的主要贡献者是受激拉曼散射的第一级stokes。讨论了由于非线性过程而引起功率耦合的非常数损耗。