高吸收、高效率、低团簇掺铒光纤及其放大性能研究

<正>在高功率光纤激光器与光纤放大器中,受激布里渊散射与受激拉曼散射是限制功率提升的主要非线性效应,其强度与光纤长度成正比,缩短掺铒光纤(EDF)长度是抑制非线性效应的有效手段。对于单纵模窄线宽超短腔光纤激光器,光纤的使用长度影响着谐振腔长,需要尽可能地缩短所用掺铒光纤的长度。另外,在掺铒光纤放大器(EDFA)中,缩短所用掺铒光纤的长度有利于降低成本、提升器件稳定性。为了提供足够的增益,必须提高掺铒光纤的掺     

级联EDFA系统中偏振相关增益特性的研究

掺铒光纤放大器的偏振相关增益是导致放大器增益不平坦的一个重要原因,进而影响长距离光纤通信系统、长距离光纤传感系统的信号质量.本文从理论模拟角度研究了级联掺铒光纤放大器的偏振相关增益对光纤中所传输通信光信号的影响.重点研究了掺铒光纤非均匀展宽情况下,偏振相关增益受传输信号功率、信道个数、级联EDFA个数、等因素的影响,并给出了定性结论.     

基于受激布里渊散射的自调Q掺铒光纤激光器简化模型

文中分析了在980nm低功率连续泵浦源泵浦的条件下基于瑞利(RS)受激布里渊散射(SBS)效应的掺铒光纤激光器的自调Q过程。根据泵浦功率与重复频率、有效单模光纤长度与输出功率、有效单模光纤长度与脉冲宽度(FWHM)以及光纤干涉环分光比与输出功率等关系,通过仿真得知单模光纤长度为10m和光纤干涉环分光比为70:30时的输出功率最大,得到了最佳有效单模光纤长度和最佳光纤干涉环分光比,优化了激光器结构参数,并建立了自调Q掺铒光纤激光器的简化模型。     

环形腔掺铒光纤激光器输出特性理论与实验研究

对由不同长度的掺铒光纤和不同分光比的耦合器构成的光纤环形腔激光器的输出特性进行了理论和实验研究。理论分析表明,激光器的输出功率、斜率效率与掺铒光纤的长度、耦合器的分光比有关,且存在最佳值。最后通过实验得到,在泵浦功率为120 mW,掺铒光纤的掺杂浓度为4 000 ppm下,最佳的掺铒光纤长度为3 m左右,最佳输出耦合比在80%附近,与理论分析基本一致。     

高功率单频掺铒光纤激光技术研究进展（特邀）

近年来,在相干探测、激光雷达、激光冷却以及引力波探测等领域应用需求的驱动下,窄线宽、低噪声的高功率单频掺铒光纤激光技术成为国内外光纤激光技术领域的研究热点。简要介绍了近些年高功率单频掺铒光纤激光技术的研究进展,包括单频掺铒光纤激光器和高功率单频掺铒光纤放大器,分析了高功率单频掺铒光纤激光的发展趋势和面临的挑战,并对下一步的发展方向进行了展望。     

单模掺铒光纤激光器极限输出功率的数值研究

通过对掺铒光纤激光器极限输出功率的受限因素分析,在考虑非线性效应、热效应、光损伤等因素的情况下,结合掺铒光纤激光器的单模条件,计算得到单模掺铒光纤激光在1 570 nm 工作波段下的极限功率为6.34kW。同时计算了在少模条件下掺铒光纤激光器的极限输出功率为53.39 kW。还分析了单频情况下掺铒光纤激光器的极限输出功率,结果表明:在绝对单频的条件下,掺铒光纤激光器的极限输出功率为245W。并重点对实际中可行的提升输出极限功率的改善方法进行了分析,结果表明:降低纤芯数值孔径以及提升少模光束运转下的光束质量是提升单模条件下掺铒光纤激光器极限输出功率的重要手段。     

使用掺铒光纤放大器的光接收机特性的研究

本文从理论上对强度调制－直接检测ＷＤＭ光传输系统中使用掺铒光纤放大器做前放的光接收机灵敏度及功率恶化进行了分析和计算。采用近似方法导出了光接收机灵敏度的数学表达式。     

超窄线宽布里渊光纤激光器研究进展(特邀)EI北大核心CSCD

基于光纤受激布里渊散射的布里渊光纤激光器以其Hz量级甚至亚Hz量级的超窄线宽特性,自问世以来便吸引了广泛的研究关注。超窄线宽布里渊光纤激光器主要经历三个发展阶段,从最初的基于单模光纤谐振腔的布里渊光纤激光器,到向腔内引入掺铒光纤放大器的布里渊掺铒光纤激光器,再到利用一段普通掺铒光纤同时提供布里渊增益与线性增益的紧凑型布里渊掺铒光纤激光器,激光器的性能不断得到发展,相关理论研究也不断得到丰富。近10年,紧凑型布里渊掺铒光纤激光器的研究取得了一系列的进展,在高精度光纤传感等诸多领域有着十分重要的应用前景。按照三个发展阶段依次梳理和总结了布里渊光纤激光器的研究进展,重点阐述了紧凑型布里渊掺铒光纤激光器的机理、特性和应用,并对其未来发展方向进行展望。     

单纵模波长可开关的环形腔光纤激光器

提出并实现了一种单纵模窄线宽输出、波长可开关的光纤激光器.该激光器采用环形腔结构,利用一段未抽运的掺铒光纤(EDF)的饱和吸收效应来实现光纤激光器的单纵模运转与窄线宽输出;同时利用1×2光开关和2个并联的不同中心波长的光纤光栅(FBG)的选波作用,通过控制光开关的电压信号,实现2个输出波长的可开关功能.在17.5 dBm的掺铒光纤放大器(EDFA)输出功率下,获得了2.5 dBm峰值功率,3 kHz线宽的单纵模激光输出;并且输出光的波长在控制电压的作用下可在1545.2 nm和1556.4 nm两个波长之间任意选择.     

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。     

High receiver sensitivity at 10 Gb/s using an Er-doped fiber preamplifier pumped with a 0.98 mu m laser diode

The authors report the realization of an extremely high receiver sensitivity at 10 Gb/s by using an erbium doped fiber (EDF) preamplifier pumped with a 0.98 mu m laser diode. The obtained EDF input sensitivity is -37.2 dBm (147 photons/bit). In addition, the importance of minimizing reflection from amplifier fiber ends is shown.<>     

非线性偏振旋转锁模光纤激光器数值模型

利用二能级Giles模型来计算掺铒光纤增益,并通过琼斯矩阵描述偏振控制器,提出了一种基于非线性薛定谔方程的非线性偏振旋转锁模光纤激光器的数值模型。该模型具有物理意义更加清晰、便于分析泵浦功率对锁模影响的优点。采用1.0 m长的掺铒光纤、5.8 m长的单模光纤和85:15的输出耦合器,当泵浦功率为25 mW时数值计算得到均方根宽度为0.30 ps的超短脉冲。研究了泵浦功率对锁模脉冲波形和光谱的影响,并讨论了泵浦功率与掺铒光纤中增益分布的关系。通过实验得到了锁模脉冲,其光谱形状与仿真得到的结果相似。测量了不同泵浦功率下脉冲的平均功率,变化趋势也与理论值吻合。     

利用非线性偏振旋转锁模技术产生0.7nJ,1.5ps光脉冲

为了研究锁模光纤激光器以增益平坦型掺铒光纤放大器作为增益介质对输出特性的影响,采用增益平坦型掺铒光纤放大器结合光纤偏振控制器、偏振相关光隔离器组成锁模光纤激光器,基于非线性偏振旋转锁模技术,实现稳定、自起振锁模运转,得到了中心波长1560nm、重复频率6.495MHz、单脉冲能量0.7nJ、脉宽1.5ps的超短光脉冲。同时实验观察到峰值波长为1557nm和1570nm的双峰值波长锁模脉冲的产生。结果表明,采用增益平坦型掺铒光纤放大器替代普通掺铒光纤组成锁模光纤激光器,可获得较高单脉冲能量的超短光脉冲,锁模脉冲的输出光谱可能出现双峰结构,从而可为超短脉冲光纤激光器设计及实用化提供参考。     

非线性光纤环形镜掺铒光纤激光器的实验研究

为了研究掺铒光纤激光器超短脉冲的产生,采用增益平坦型掺铒光纤放大器、两个偏振控制器以及3个耦合器,利用非线性光纤环形镜加成脉冲锁模技术,通过改变偏振控制器的方向,获得最大输出功率为0.6mW的脉冲输出,对应的光谱宽度9nm、中心波长1561nm、脉冲宽度434ps、脉冲的重复频率为1.1MHz.该脉冲经过掺铒光纤放大器放大后,最大输出功率为10.8mW.放大后锁模脉冲的中心波长保持不变、光谱带宽稍有变窄、输出功率明显增大、脉冲宽度展宽为495ps.实验结果表明,采用商用的掺铒光纤放大器可实现结构简单、调节方便的掺铒光纤激光器超短脉冲输出,且掺铒光纤激光器可以实现自启动,并长时间稳定锁模工作.     

La-codoped bismuth-based erbium-doped fiber ring laser with 106-nm tuning range

Ultrawide-band tunable fiber ring lasers using 84.6-cm-long lanthanum-codoped bismuth-based erbium doped fiber and a narrow-band tunable microelectromechanical system filter are reported. The fiber ring lasers can be continuously tuned from 1520 to 1626 nm, covering both the C- and L-bands. The laser has two outputs; the high output power port exhibits better than 35-dB wavelength extinction ratio, and the second output has much lower power but exhibits a large extinction ratio of better than 60 dB.     

Coherent optical frequency domain reflectometry (OFDR) using afiber grating external cavity laser

An optical frequency domain reflectometry (OFDR) system containing a narrow linewidth fiber grating external cavity laser is demonstrated to have 62-dB of sensitivity when detecting Fresnel backreflection and 2 m of resolution at a 115 m range in optical fiber. With this system we were able to detect Rayleigh backscattering in optical fiber with 20-dB signal-to-noise ratio. The phase noise limitation on the distance range for the OFDR was investigated, and the measured signal-to-noise ratio (SNR) data followed the theoretical simulation over the ranges measured. This technique has potential to be applied to the OFDR at 1550 mm with very high dynamic range by using an erbium doped fiber laser     

1550 nm全光纤单频脉冲光纤激光器

设计并实现了一种基于人眼安全波段的1550 nm全光纤化结构单频脉冲光纤激光器。激光器采用外腔稳频技术的单频半导体激光器作为种子源,其线宽1.8 kHz,功率20 mW。通过预放大器和声光调制器获得单频脉冲激光,并运用两级光纤放大器实现了线宽1.9 kHz、平均功率521 mW、脉冲宽度200 ns、重复频率10 kHz的单频脉冲光纤激光输出。输出脉冲峰值功率达260 W。输出端采用了双包层单模光纤,保证了输出激光的光束质量。整个激光器通过对种子光级联放大,结合放大器的增益控制,成功抑制了受激布里渊散射(Stimulated Brillouin Scattering,SBS)效应,消除了放大过程中噪声对线宽的影响,获得了线宽稳定的单频脉冲激光。     

3 Gbit/s optically preamplified direct detection DPSK receiver with 116 photon/bit sensitivity

For the first time experimental bit error rate curves are presented for an optically preamplified direct detection differential phase and shift keying (DPSK) communication link. DPSK offers approximately 6 dB peak power sensitivity improvement over more traditionally optically preamplified on/off keying (OOK). Using an erbium doped fibre preamplifier, a fibre Fabry-Perot filter, an optical DPSK demodulator consisting of a fibre-optic Mach-Zehnder interferometer with a 1 bit differential delay, and a balanced receiver, a sensitivity of 116 photon/bit was obtained. To the authors' knowledge these results represent the first demonstration of optically preamplified DPSK with better sensitivity than previously reported multigigabit per second heterodyne DPSK and approximately 3 dB more sensitivity on a peak power basis than previously reported preamplified OOK systems.<>     

基于啁啾光纤光栅的五波长掺铒光纤激光器

提出并实验验证了一种新型的基于啁啾光纤光栅的全光纤的可切换的五波长掺铒光纤激光器,该激光器采用简洁的线性腔结构,使用一段高掺铒的光纤作为增益介质,利用一个内含宽带啁啾光纤光栅的萨格纳克环作为激光器的谐振腔腔镜,担当了一个梳状滤波器的作用,另一个腔镜由一个宽带光纤反射镜担当,适当调整环中的偏振控制器,可以获得最多五波长的激光输出,并具有4种不同的激光输出模式,所有激发线均具有大于32 dB的光学信噪比,小于0.6 nm的线宽以及小于8 dB的峰值功率差异。