高功率光纤激光器反向泵浦信号合束器信号光传输效率提升技术研究

在高功率光纤激光器反向泵浦信号合束器的制作过程中,经熔融拉锥后输出端的信号光纤纤芯变细,在与输入端信号光纤熔接时产生模场失配问题,造成反向泵浦信号合束器的信号光传输效率降低。针对这一问题,文中搭建了信号光纤熔接的芯径失配功率损耗模型,简析了光纤熔接时芯径失配与信号光功率损耗的关系。设计了一套泵浦信号反向合束器信号光功率损耗测试系统。提出了一种通过优化反向合束器信号光纤参数,提升反向泵浦信号合束器的信号光功率传输效率的方法,并通过预拉锥工艺,制作出一支25/400 （6+1）×1反向合束器,经测试,信号光传输效率优于98%,实验室使用该反向合束器搭建了一台MOPA结构光纤激光放大器,实现了3 kW稳定输出。     

高光束质量3×1光纤功率合束器的研制

在基于光纤功率合束器的高功率合成方案中，合成后激光保持好的光束质量是当前激光领域亟待解决的问题之一。实现了一种高光束质量光纤功率合束器的研制。首先，利用仿真软件建立3×1光纤功率合束器模型，对影响功率合束器光束质量和传输效率的因素进行了仿真，得到了制作合束器最佳参数的理论值；其次，基于光纤包层腐蚀技术，根据仿真结果利用熔融拉锥光纤束技术研制了一种输出光纤为50/400 μm （NA=0.12）的高光束质量3×1光纤功率合束器；最后，利用三台3 kW的光纤激光器对其进行了测试，在总输入功率为8.95 kW的情况下，合束后输出功率为8.62 kW，整体传输效率大于96%，光束质量M2=4.035。     

1 kW全光纤激光器实验研究

研究了输出功率1 kW的连续全光纤激光器的实现方法。采用双端泵浦单谐振腔方式,通过优化增益光纤及光纤光栅参数,实现了工作波长1.08μm,最大输出功率1.03 kW的全光纤连续激光输出,光-光转换效率74.6%,斜效率75%。输出功率为272 W时光束质量M2x=1.39,M2y=1.43。分析了光束质量变差的原因,认为在高功率下光纤光栅、合束器及熔点导致原先在纤芯中传输的激光部分被泄露到包层中,在包层中传输的激光使光束质量变差。提出了进一步改进的方法。     

被动双包层光纤中包层光产生实验研究

双包层光纤中的包层光不仅会影响到其输出激光的光束质量,还会对光学器件造成损坏。分析了被动双包层光纤中产生包层光的几种原因。通过在双包层光纤激光器的输出端引入产生包层光的不同要素,使用功率和光场分布检测等手段,实验研究了被动双包层光纤之间的熔接质量和模场失配以及无源光学器件的插入对于包层光产生的影响。实验结果表明,被动双包层光纤之间的低质量熔接和模场失配会导致纤芯基模与包层模式发生耦合,光纤合束器会激发高阶泄漏模式导致信号光泄漏到包层中,光纤隔离器会将部分信号光耦合到输出尾纤的包层中,从而导致包层光的产生。讨论了为抑制包层光的产生和减小包层光的影响应注意的事项和采取的措施。     

高功率全光纤(2+1)×1侧面抽运合束器的研制

基于拉锥-熔合法研制了一种高功率全光纤(2+1)×1侧面抽运合束器。利用仿真软件建立理论模型,计算了合束器耦合效率,并制备出这种侧面抽运合束器。经测试,该合束器在抽运功率为600 W时,两抽运臂的耦合效率分别为98.2%和96.3%,信号光插入损耗约为0.11dB。利用该合束器搭建了千瓦级光纤激光放大器,双向抽运光功率达到1.8kW时,在1080nm处获得的激光输出功率为1.426kW。     

大模场双包层光纤熔接的功率对准技术研究

为了提高高功率光纤激光器中大模场双包层光纤的熔接质量,采用NUFERN 20/400μm双包层光纤搭建了光功率对准系统,对大模场双包层光纤中存在包层光以及纤芯中只有基模和存在高阶模时光纤径向偏移与耦合效率的关系进行了理论分析和实验验证。结果表明,大模场双包层光纤中包层光和纤芯中高阶模的存在使耦合效率对径向偏移变化的敏感度降低,滤除包层光和高阶模后耦合效率随光纤径向偏移量呈高斯型变化; 使用光功率对准系统搭建千瓦级双端抽运激光系统,最大输出功率约1170W,光光转换效率约73%,光束质量约1.22,实现了千瓦级准单模输出。光功率对准技术能够实现待熔光纤的精确对准,对高功率光纤激光器输出性能的提升有重要意义。     

1kW单端抽运、高光束质量、高稳定性全光纤激光振荡器

与光纤放大器相比,光纤激光振荡器具有结构紧凑、稳定性好、模式不稳定性阈值高、光束质量优良等优点。对单端抽运的1kW级全光纤激光振荡器进行了详细的理论和实验研究。建立了考虑光纤弯曲、模式耦合、抽运波长变化、包层光滤除的速率方程模型;利用国产合束器,搭建了单端抽运全光纤振荡器,在抽运功率为1.5kW时,获得1.04kW功率输出,光光效率为69%。对不同输出功率的光束质量进行测量,光束质量M2均小于1.25。激光器稳定工作1h,功率起伏小于1%。     

中红外侧面泵浦合束器及全光纤超荧光光源的研制(特邀)

中红外超荧光光源具有光谱范围宽、空间相干性好、时域稳定性高等特点，应用前景广泛，但受限于中红外侧面泵浦合束器，目前普遍利用空间结构泵浦产生。文中根据拉锥光纤侧面耦合的原理，在125μm包层直径的无源双包层氟化物光纤上实现了中红外光纤侧面泵浦合束器的研制，该合束器泵浦光耦合效率达82.3%，可承受的最大泵浦功率达87.5 W。通过在中红外增益光纤上制得侧面泵浦合束器，实现了全光纤中红外超荧光光源产生，前后向输出的中红外超荧光最高功率和为91.09 mW(后向输出53.67 mW，前向输出37.42 mW)，输出光谱范围从2 702 nm覆盖至2 830 nm。在中红外超荧光总输出功率为33.03 mW时，获得了108 nm的最宽20 dB带宽。文中实现的中红外全光纤超荧光光源克服了以往空间泵浦复杂度高、调节难的问题，对推动中红外超荧光光源的进一步功率放大具有重要意义。     

1kW单模全光纤激光器实验研究

研究了高功率下光纤激光器实现单模激光输出的模式控制方式,分析了输出功率1kW的连续全光纤激光器的实现方法。采用一级振荡、一级放大的主振荡功率放大方式,实现了工作波长1.08μm,最大输出功率1.05 kW的全光纤连续激光输出,光-光转换效率77%,光束质量Mx2=1.43、My2=1.42。分析了光束质量变差的原因,认为在高功率下光纤弯曲导致原先在纤芯中传输的激光部分被泄露到包层中,在包层中传输激光使光束质量变差。针对某些特殊用途,对中心波长的稳定度进行了研究,经测量发现随着输出功率的增大,中心波长无明显变化。     

基于细芯光纤内嵌马赫曾德尔干涉仪的应变传感器

研究了基于细芯光纤内嵌马赫曾德尔干涉仪的光纤应变传感器,通过将一根细芯光纤熔接在两根单模光纤(SMF)之间,构成了一种光纤内干涉的马赫曾德尔干涉仪。当单模光纤中的光耦合进细芯光纤时,一部分光耦合进细芯光纤纤芯作为芯模传输,另一部分光耦合进细芯光纤包层中激发出包层模沿包层传输,当芯模和包层模再耦合进单模光纤时发生干涉。当应变作用在细芯光纤上时,干涉条纹发生漂移。通过解调干涉条纹对应变的漂移量实现应变测量,在0~2000 με的测量范围下,测得的应变灵敏度为-1.83 pm/με,并且实验结果与理论分析有很好的一致性。该传感器具有体积小、制作简单、灵敏度高等优点。     

基于光纤合束器的泵浦方案设计

报道了两种基于光纤合束器的高功率光纤激光器泵浦方案设计.实验研究了(6+1)×1光纤合束器泵浦耦合方案与(6+1)×1、7×1光纤合束器级联泵浦耦合方案,利用后者实现了806W泵浦功率输出,耦合效率达到90.6％.     

扩芯-拉锥技术对光子晶体光纤合束器性能的改善

设计了一种新型的光子晶体光纤(PCF)合束器,利用光子晶体光纤的后处理技术塌缩纤芯周围的三圈空气孔使纤芯直径增大,再对PCF合束器进行熔融拉锥,将多路熔融拉锥后的光子晶体光纤熔接到一路多模光纤作为输出端。通过数值模拟计算得到:扩芯-拉锥PCF合束器在入射不同波长时的轴向损耗远小于直接拉锥PCF合束器。     

基于表面温敏薄膜的锥形双包层光纤温度传感器

提出了一种基于温敏薄膜的锥形双包层光纤(TDCF)温度传感器,其由两段普通单模光纤(SMF)之间熔接一段TDCF组成,呈SMF-TDCF-SMF结构。由于输入端SMF纤芯模的模场与TDCF纤芯模的模场极度不匹配,因此由SMF传输过来的光除一部分耦合进TDCF的纤芯中外,其余部分耦合进TDCF的包层中以包层模的形式向前传输。当这两束光到达输出端SMF时发生干涉,形成马赫-曾德尔干涉仪。在锥区涂覆一层温度敏感薄膜,使得TDCF纤芯模和包层模之间的光程差会随着外界温度的变化而改变,从而引起传感器干涉谱的变化,因此可以通过检测传感光谱的变化实现对温度的测量。实验研究了传感器的温度特性,结果表明:随着拉锥长度的增加,干涉光谱的自由光谱范围逐渐减小。当拉锥长度为16mm,温度在32~65.3℃范围内时,随着温度的增加,传感器的传输光谱出现蓝移现象,温度灵敏度最高可达-1296.78pm/℃,且具有很好的线性度。该传感器制作简单、灵敏度高,在科学研究和工农业生产的温度测量场合具有较好的应用前景。     

光传输设备的调式与安装

１ 光纤网传输的工作原理光纤传输原理实际上就是光电转换的一个过程。光发射机将输入的电视射频信号变换成光信号,光信号通过光纤送到远方。光纤是一种石英玻璃介质的圆柱体,由纤芯和包层组成,纤芯的作用是完成光信号的传输,包层的作用是把光封闭在光纤内,起到保护纤芯和增加光纤机械强度的作用,因纤芯和包层的渗杂情况不同,它们的折射率也就不一样,纤芯的折射率比包层折射率稍微大一些,故纤芯内的光入射到包层介面时,只要入射角大于临介角,就会在纤芯内产生全反射,光不会漏射到包层中,所以光信号在纤芯内不断地传播到另一端…     

基于掺铒光纤的长周期光纤光栅滤波器的研究

研究了基于掺铒光纤的长周期光纤光栅的纤芯基模、包层模式的有效折射率随波长的变化关系,及两者之间耦合后的透射谱线.结果表明,直接在掺铒光纤上制作长周期光纤光栅与其他光纤相比同样可以达到滤波效果,并且同种类型光纤之间的熔接耦合损耗要小于不同种光纤之间的熔接耦合损耗.     

光纤及其制造方法

日立制作所已申请到了制造低损耗光纤技术的专利,专利号为特许1133631。在制造传输损耗低的光纤时,必须防上引起光吸收的重金属离子和氢氧根离子等不纯物混入光纤纤芯部分。其中,尤其要防止不纯物从保护玻璃管扩散到纤芯中去,为此,以往均在保护玻璃管和包层之间设置一层防不纯物扩散的纯SiO_2层,或者在保护玻璃管和纤芯之间设置一厚包层并     

百瓦级全光纤双包层光子晶体光纤放大器

利用双包层掺镱光子晶体光纤(DC-PCF)作为增益光纤,设计制作了全光纤双包层光子晶体光纤放大器。实验制作了匹配DC-PCF的(6+1)×1端面抽运耦合器,6根抽运光纤采用包层直径、纤芯直径分别为105μm和125μm(数值孔径为0.22)的多模光纤,信号光纤采用普通单模光纤。利用套管法制作端面抽运耦合器,并将制作完成的耦合器与DC-PCF直接熔接,再对光子晶体光纤进行锥棒熔接,锥棒输出端面镀1000~1100nm的增透膜,以防止激光反馈对整个放大系统产生影响。对全光纤双包层光子晶体光纤放大器进行测试,使用976nm的抽运源提供能量,信号光使用波长为1064nm、功率为2 W的连续光。当抽运功率达到最大值151.83 W时,最大输出功率为108.1 W,斜率效率为72.7%。输出光斑为很好的基模光斑,体现了光子晶体光纤在具有大模场面积的同时仍能保持基模传输的优良特性。     

光传输设备的调试与安装

1 光纤网传输的工作原理 光纤传输原理实际上就是光电转换的一个过程.光发射机将输入的电视射频信号变换成光信号,光信号通过光纤送到远方.光纤是一种石英玻璃介质的圆柱体,由纤芯和包层组成,纤芯的作用是完成光信号的传输,包层的作用是把光封闭在光纤内,起到保护纤芯和增加光纤机械强度的作用,因纤芯和包层的渗杂情况不同,它们的折射率也就不一样,纤芯的折射率比包层折射率稍微大一些,故纤芯内的光入射到包层介面时,只要入射角大于临介角,就会在纤芯内产生全反射,光不会漏射到包层中,所以光信号在纤芯内不断地传播到另一端的光接收机,光接收机将收到的光信号还原成电信号送到电视分配网.     

高功率光纤放大器中光纤端面处理分析

光纤端而进行斜而抛光一直是高功率光纤放大器中抑制ASE和自激振荡的关键技术.根据放大器结构建立了光纤端面信号光注入、信号激光输出以及泵浦光耦合的物理模型,数值模拟了不同光纤斜端面角度下信号光、泵浦光的耦合效率,纤芯端而的回波损耗.结果表明信号光注入端而斜面处理会导致耦合效率降低,输出端面斜角处理可有效减小端面反射率,而微小斜角对泵浦激光进入光纤内包层的耦合效率影响不大;根据不同的光纤参数选择合理的斜角处理可以有效提高放大器性能.     

半导体激光器侧面泵浦双包层光纤技术

泵浦耦合技术是研究高功率光纤激光器和光纤放大器的关键技术,而侧面泵浦耦合技术又是通过泵浦耦合技术获取高功率光纤激光器的未来发展趋势。它是通过双包层光纤的侧面将泵浦光耦合进内包层,对纤芯进行泵浦。目前已经提出并且实现了多种侧面泵浦耦合技术。详细叙述了各种耦合方案的工作原理,并对其耦合效率,输出功率,工艺难易进行了分析和对比,最后根据制作工艺和耦合原理将其进行了分类。