机械感生长周期光纤光栅的可调谐环形光纤激光器

将采用机械感生法写制的长周期光纤光栅(MLPFG)串入环形腔中,设计了一种新颖的L波段可调谐环形掺铒光纤激光器(EDFL)。抽运光源为980nm半导体激光器,使用掺铒浓度为5×10-4,长度为12m的铒纤作为增益介质,通过调整待写制光纤与周期性压力槽之间的夹角,改变MLPFG的写制周期,调谐MLPFG透射谱,进而影响环形腔增益最高点,光纤激光器波长可调谐范围可达42nm(1562.465～1604.280nm),激光光谱3dB带宽0.04nm,20dB带宽0.08nm,边模抑制比45dB。长时间观测表明,激光功率稳定性优于0.2dBm。实验显示,该光纤激光器具有带宽较宽,线宽较窄及性能稳定等特点。     

Er3+/Yb3+共掺双包层光纤的高功率L-band 光纤激光器的实验研究

采用端面泵浦的方式,用尾纤输出波长为976 nm的高亮度多模半导体激光器, 包层泵浦的铒镱共掺双包层大模面积光纤,非球面镜组耦合系统,进行了共掺双包层光纤的高功率L-band光纤激光器的研究,泵浦耦合效率达到了62%以上,并在F-P激光振荡腔中实现了高效的连续激光输出。在光纤长度为30 m、入纤功率为 13.41 W时,首次报道输出连续功率达到了4.3 W。激光器的斜率效率为44％, 激光输出中心波长1 603 nm。     

可调谐锁模光纤激光器泵浦的超连续谱光源

为了实现平坦度更好、光谱覆盖可见光波段的超连续谱激光输出,研究了泵浦波长可调谐的全光纤结构超连续谱光纤激光器。设计搭建了一台非线性偏振旋转锁模脉冲光纤激光器,实现了9种中心波长的耗散孤子皮秒脉冲输出,波长调谐范围为1 041~1 076nm;以它作为种子源进行了两级功率放大,并泵浦10m长的光子晶体光纤,在泵浦激光功率为500mW时,得到9种输出光谱特性不同的超连续谱激光,得到当泵浦激光中心波长为1 050nm时,更利于实现光谱范围更宽、平坦度更好、可见光分量更多的超连续谱激光输出。为进一步拓宽超连续谱激光的光谱范围、提升光谱平坦度,将泵浦激光功率提升至1.45 W,最终实现了输出功率为600mW、短波边界为470nm、600~1 700nm内10dB光谱宽度为1 053nm的超连续谱激光输出。     

外腔调谐的全固态Cr∶LiSAF激光器

由于调谐元件置于主腔外时,插入损耗影响小,可以扩展调谐范围,本文采用外腔棱镜和光栅调谐结构研制了全固态Cr∶LiSAF激光器。分析了外腔调谐结构的基本原理,分别选用棱镜和光栅作为调谐元件,研制了棱镜外腔调谐Cr∶LiSAF激光器和光栅外腔调谐Cr∶LiSAF激光器。分析对比了棱镜和光栅调谐的输出功率、光谱、调谐范围等特性以及镜片镀膜对输出特性的影响。进行了调谐实验,结果显示:选用棱镜作为外腔调谐元件时,在325mW的吸收泵浦功率下实现了785~985nm的调谐,输出功率最高达21mW。选用光栅作为调谐元件时,亦可实现785~985nm的调谐,最大输出功率为20mW,光谱的半峰全宽(FWHM)为0.12nm。得到的结果表明外腔全固态Cr∶LiSAF激光器可以实现窄线宽、宽谱调谐输出。     

基于石墨烯可饱和吸收体的掺铒光纤环形腔脉冲激光器

利用新型材料石墨烯作为可饱和吸收体,设计了用于光纤通信和材料加工的环形腔结构脉冲光纤激光器,实验研究了石墨烯可饱和吸收产生脉冲输出的原理以及输出脉冲激光的特性.通过激光诱导沉积法将石墨烯材料转移到光纤端面并将其置于环形激光腔结构中;采用974 nm半导体激光器作为抽运源,掺铒光纤作为增益介质,调节偏振控制器的角度得到了稳定的锁模输出脉冲.获得的锁模脉冲中心波长为1 560.1 nm,重复频率为7.89 MHz,脉冲光谱3 dB带宽为0.27 nm,脉冲宽度为14.7 ps.实验显示,由于石墨烯具有良好的可饱和吸收性能,损伤阈值比较高,有望取代单壁碳纳米管成为一种新型的激光锁模材料.     

基于光纤环形镜的C+L波段高平坦高功率掺铒光源

研究并设计了一种用3 dB宽带耦合器制作的光纤环形镜作为反射镜的双级双程单管抽运高平坦度高功率C+L波段ASE光源。用2个980 nm激光二极管调试两级抽运光功率的分配,两级采用掺铒浓度不同的光纤并优化光纤长度,获得了功率高达15.28 mW(11.84 dB/m)的C＋L波段ASE光输出,平均波长为1 559.31 nm,在未采用任何外加滤波器的情况下,其平坦区域3 dB带宽66.72 nm(从1 533.12 nm至1 599.84 nm)。之后采用一个激光二极管实现两级双向同时抽运得到了同样的效果。通过光纤环形镜的使用,不仅提高了抽运源利用效率,且改善了光源的平坦度,在实验过程中,在平坦度相度相对要差一些的条件下,还通过调整两级抽运光的功率及分配比例得到了功率达到30.11 mW的C+L 波段ASE输出。     

用于高精度测量位移等参量的光纤多波长激光器

本文研究并实验了光纤单波长激光器、光纤双波长激光器、以及光纤三波长激光器,分别发出单波长、双波长、以及三波长激光,分别用于对位移、台阶高度、绝对距离等参量的高精度干涉测量。利用光纤光栅只反射布拉格波长的特性,将光纤光栅作为光纤激光谐振腔的反射镜和波长选择元件,可以使光纤激光器具有单个或者多个独立的但光程重叠的激光谐振腔,每个激光谐振腔有掺铒光纤作为增益介质。980nm激光的泵浦下,光纤多波长激光器分别发出单波长、双波长、以及三波长激光,每个波长值可以根据需要确定,两个波长之间的间隔也可以根据需要确定。光纤多波长激光器发出的多波长之间无模式竞争,每个波长的功率和频率都稳定。每个波长的稳定度达10-7,能够满足对位移、台阶高度、绝对距离进行高精度干涉测量的要求。     

用于高精度光纤陀螺的掺铒光纤宽带光源的优化

为优化双程后向结构的掺铒光源,分析了光纤长度、泵浦功率和温度的变化对光源平均中心波长的影响,初步确定了掺铒光纤长度的优化范围,并在全温度范围内进行实验验证。实验选用的980nm泵浦源电流为110mA,掺铒光纤的长度为12.5m,该装置的输出功率为13.26mW,光源的平均波长稳定性为0.6℃-1。通过建立光谱分布优化仿真模型,实现输出光谱的近高斯分布,3dB带宽达到32nm。经过优化后得到的掺铒光纤光源具有输出功率高、平均波长稳定性好、输出光谱呈高斯分布等优势,是高精度光纤陀螺的理想光源。     

掺铒光纤超荧光光源外部增益平坦技术的研究

为满足光纤布拉格光栅传感和波分复用光纤通信系统对光源光谱平坦度与带宽的要求,利用外部增益平坦技术实现掺铒光纤超荧光光源输出光谱的平坦化。介绍了三种常见的外部增益平坦技术,并通过实验对平坦结果进行比较,由此得出采用长周期光栅增益平坦滤波器是一较好的选择。实验结果表明,平坦波段范围内(1 525~1 540nm)的光谱不平坦度小于±1.1dB,整个C波段光谱的3dB带宽为39.125nm。     

980nm半导体激光器双布拉格光纤光栅波长锁定器

提出了优化由两个均匀布拉格光纤光栅组成的980nm半导体激光器波长锁定器的方法以满足光纤放大器对半导体激光器的性能要求。运用耦合模理论推导了双布拉格光纤光栅(FBG)的透射率和反射率的解析表达式和波长锁定器增益方程。研究了两光栅之间的距离、光栅到激光器前端面的距离、光栅折射率、光栅折射率周期、光栅栅长和温度对激光器增益曲线的影响,并通过优化这些参数来达到最佳的锁模性能。测量了带双FBG波长锁定器的非致冷半导体激光器的输出光谱和出纤功率。实验结果表明:高功率非致冷980nm半导体激光器在0～70℃时的波长漂移为0.5nm,边模抑制比达45dB以上,半峰值全宽度1nm。经优化设计的980nm半导体激光器FBG波长锁定器可满足光纤放大器对非致冷半导体激光器大功率、长寿命、高可靠性、小尺寸等性能的要求。     

A 1.8-µm multiwavelength thulium-doped fiber laser based on a hybrid interference filter

A 1.8-µm tunable multiwavelength thulium-doped fiber laser based on a hybrid filter is proposed. In the designed ring-cavity fiber laser, the filter consists of one Sagnac loop and one dual-pass Mach–Zehnder filter. In the experiment, the lasing threshold is 155?mW, and a continuously tunable and stable single-wavelength laser could be realized with a minimum tuning interval of 2.1?nm within a scope of 22.5?nm. When an 1858-nm laser is obtained, the peak power fluctuation is less than 0.83?dB within 20 minutes at room temperature. By adjusting the polarization controller, stable dual-wavelength lasers are simultaneously achieved, and the peak power shift is less than 1.24?dB within a scan time of 20 minutes at room temperature. By changing the polarization state, stable triple-wavelength lasing is obtained, and the power fluctuation is less than 1.95?nm. In the experiment, the 3-dB linewidth of the laser is less than 0.4?nm.     

Wavelength switchable and stable single-longitudinal-mode erbium-doped fiber laser based on Mach–Zehnder interferometer and tunable filter

An erbium-doped fiber laser with all-fiber Mach–Zehnder interferometer (MZI) and tunable filter was proposed and experimentally demonstrated. In the designed fiber laser, 6?m C-band erbium-doped fiber was selected as a gain medium; the MZI comprised two waist-enlarged fiber bitapers. In the experiment, the laser threshold was 93?mW, whereas a switchable single-longitudinal-mode laser was realized within 1519.7–1564.6?nm by adjusting the tunable filter and the line interval was less than 2.5?nm; for single-wavelength laser, the peak power difference of each line was less than 4?dB, and the power fluctuation was less than 0.77?dB within 10-min scan time. A stable and switchable dual-wavelength laser was realized, the wavelength spacing of each dual-wavelength laser was less than 0.7?nm, the side-mode suppression ratio was more than 30.2?dB, and the power shift was less than 0.39?dB. The laser’s 3-dB linewidth was less than 0.1?nm.     

双重滤波扫频光源的研制

扫频光源是目前光学相干层析成像的关键部分,其光谱带宽和瞬时线宽分别影响着成像系统的轴向分辨率和成像深度。在单一滤波器中,这两者相互制约。针对这一情况,提出了一个利用两种滤波器组合优化的扫频光源系统。以双半导体光放大器并联作为增益介质,将声光可调滤波器(AOTF)和法布里-珀罗可调滤波器(FFP-TF)串联接入环形腔内进行双重滤波。其中AOTF的调谐范围和瞬时线宽均较宽,FFP-TF与之相反,经同步匹配设置后,两者协调工作,能够发挥各自的优势。通过搭建系统,获得了中心波长为1 316 nm的扫频激光输出,其光谱是1 235～1 380 nm,调谐范围是145 nm,瞬时线宽小于0.02 nm,扫频速度为1.35 kHz,输出光功率为0.48 mW。该扫频光源能够克服单一滤波器的固有缺陷,实现宽光谱带宽与窄瞬时线宽的有效统一,对成像综合性能的优化具有重要意义。     

All-fiber Mach–Zehnder comb filter based on tapered fibers for wavelength switchable erbium-doped fiber lasers

Abstract

A wavelength switchable erbium-doped fiber laser was constructed based on an all-fiber Mach–Zehnder interferometer (MZI) comb filter. The MZI consisted of a fiber with two tapers. An L-band erbium-doped fiber was used as the gain medium, and 1557.92, 1563.2, and 1568.06?nm single-wavelength and dual-wavelength switchable lasers at 1558, 1563.7, and 1570.2?nm were realized by adjusting the polarization controller. During scanning, the maxmin power fluctuations of single- and dual-wavelength lasing were 0.604 and 2.482?dB, respectively. The signal-to-noise ratio was >24.46?dB and the laser’s 3?dB linewidth was <0.39?nm.     

基于光子晶体光纤参量振荡器的CARS成像光源研究

研究了一种基于光子晶体光纤参量振荡器的相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)成像光源。该光源采用中心波长为1 030nm的皮秒光纤激光器作为泵浦源,以无截止单模光子晶体光纤作为参量增益,通过搭建光参量振荡器,实现平均功率为10mW的参量激光输出。在色散滤波效应的作用下,该光源输出波长可实现连续可调,调谐范围为782～793nm,对应的波数覆盖范围为2 901～3 078cm-1。该光源产生的两束激光脉冲可实现空间自同步、时间自重合,用于CARS成像测量时,无需空间、时间对准,有望推动CARS成像光源向全光纤化、小型化的方向发展。     

利用超短FBG光谱线性区的传感解调系统

为了研究一种星载光纤光栅传感解调系统,通过高掺锗光纤载氢增敏和优化紫外曝光功率,实现了栅区长度小于0.5mm,反射率大于40%,3dB带宽大于5nm,反射谱边缘有效线性区域大于2nm的超短光纤光栅的写制。提出了一种将超短FBG作为传感器件,利用其光谱线性区进行传感解调的方法。将中心波长位于光谱线性区域的稳频激光入射到超短光纤光栅,随着超短光纤光栅光谱的漂移,反射光的功率随之变化。由于稳频激光位于线性区域,返回光功率与光谱漂移量呈线性关系,因而可实现传感测量。将该系统用于应变和温度的测量,结果表明,光功率随应变、温度变化具有较好的线性关系,线性度分别为0.997和0.999,灵敏度分别为54.59nW/με和230nW/℃。该方法可用于温度及应变的精确测量,并且具有结构简单、功耗小、测量空间分辨率高等潜在优势。