连续泵浦与脉冲泵浦掺铒光纤光放大特性分析

本文用半经典理论方法和速率方程方法分析了连续泵浦与脉冲泵浦工作条件下掺铒光纤放大器的工作原理及工作特性,导出了光纤最佳长度与泵浦功率、掺杂浓度的关系以及增益与光纤长度、泵浦功率的关系。分析了用连续泵浦光和脉冲泵浦光两种情况下的阈值关系,指出了泵浦光的最佳频率选择。     

同步脉冲泵浦抑制光纤放大自发辐射实验研究

放大的自发辐射(ASE)是影响掺Yb3+光纤放大器效率的重要因素之一。为了抑制ASE,本文从放大器的泵浦方式着手,设计并搭建了同步脉冲泵浦的掺Yb3+双包层光纤放大器,证实了其具有明显抑制ASE的效果。在重复率400 Hz时,将平均功率15 mW,脉宽500 ns的信号光放大至170 mW,实现增益10.5 dB。同时实验研究了不同泵浦脉宽对于ASE生成的影响。     

激射波长和泵浦波长对掺Yb~(3+)双包层光纤激光器的影响

为探讨激射波长和泵浦波长对掺Yb3+双包层光纤激光器的影响,数值模拟了泵浦波长为975nm和915nm,激射波长在1050nm至1120nm范围变化时,掺Yb3+双包层光纤激光器的输出特性.结果表明,当泵浦波长为975nm,激射波长在1088nm左右,以及泵浦波长为915nm时,激射波长在1080nm左右时,双向泵浦和反向泵浦的掺Yb3+双包层光纤激光器输出功率达到最大值.与915nm的泵浦源相比,利用975nm泵浦可使泵浦阈值功率降低以及获得更高的激光翰出功率.泵浦波长为975nm和915nm时,激射波长在1090nm附近,阈值功率达到最低值.所得的结果对激光器的优化设计具有重要意义.     

掺Yb3 + 光纤放大器的速率- 传输方程分析

文中分析了描述掺Yb3 + 光纤放大器( YDFA) 的能级速率方程和光传输方程,得到了 掺Yb3 + 光纤放大器的速率- 传输方程组在稳态条件下的解析解,在此基础上得到了泵浦阈值和小信号下最佳光纤长度的表达式,并利用数值模拟结果对放大器的增益特性、泵浦阈值、最佳光纤长度进行分析和讨论。     

有限元法模拟掺镱光纤放大器的脉冲放大特性

为了简单、快捷地模拟掺镱双包层光纤放大器的脉冲放大特性,采用有限元软件FEMLAB模拟掺Yb3+双包层光纤放大器的脉冲放大特性。用与快速傅里叶法模拟Yb3+光纤放大器脉冲放大特性相同的参量计算了在915nm前向抽运下,光纤放大器中的上能级粒子数,抽运光和放大自发辐射在光纤中的稳态分布,以及高斯脉冲和方波脉冲的输出、能量及增益特性,得到的与快速傅里叶法模拟的一致的粒子分布图等特征图,而且比快速傅里叶法得到更多和更准确的结果。结果表明,应用FEMLAB只需根据掺Yb3+光纤放大器的方程组,可以方便、快捷地确定参数进行数值模拟,对掺镱光纤放大器的系统设计和参量优化具有很好的参考价值。     

低重复频率脉冲掺镱光纤放大器

为了研究低重复频率两级脉冲掺Yb3+光纤放大器,采用脉冲信号驱动的半导体激光器作为种子光源,产生重频100Hz、半峰全宽100ns、能量30nJ的矩形光脉冲。第1级放大采用单模掺Yb3+光纤放大器,双程放大方案有效地抑制了放大自发辐射,放大后的脉冲能量达到了8.2μJ。第2级放大采用纤芯直径15μm的双包层掺Yb3+光纤放大器,大功率多模半导体激光器连续抽运。结果在抽运功率为7.3W时,放大输出脉冲能量达到了242μJ,放大输出半峰全宽压缩为29ns。输出的光束质量较好,为准单模输出。结果表明,该光纤放大器输出脉冲能量高,具有全光纤化、结构简单的特点。     

Er3 + /Yb3 + 共掺双包层光纤超荧光光源的实验研究

报道了基于双程后向单级泵浦结构的宽带Er3 + /Yb3 +共掺双包层光纤超荧光光源的 实验研究结果。采用980nm泵浦源,通过优化泵浦功率和光纤长度,在波长1550nm处,实验仅用1m Er3 + /Yb3 +共掺双包层光纤获得了30. 8mW的超荧光输出,泵浦斜效率为28% ,光谱3dB带宽为35nm。     

光纤激光器时域瞬态特性的理论与实验研究

对掺铒光纤激光器的时域瞬态特性进行了理论与实验研究.理论模型从激光器的基本速率方程出发,通过求解增益光纤中的功率传输方程,得到激光器的时域输出结果.数值模拟了脉冲泵浦注入后激光器的瞬态特性,分析了激光器时域输出特性随泵浦功率及腔内损耗的变化规律.实验中采用上下沿功率均可调的方波泵浦掺铒光纤,通过可变光衰减器调解腔内损耗,观察激光器驰豫振荡特性,研究了激光建立的延迟时间与泵浦功率及腔损耗的关系.数值模拟与实验结果一致.     

掺Yb双包层光纤激光器脉冲压缩的实验研究

对连续和脉冲泵浦掺 Yb双包层光纤激光器的时域特性进行了实验研究。利用光纤中的受激布里渊散射 (SBS)压窄脉宽 ,将脉冲泵浦产生的 10 0μs光脉冲压缩到 ns量级 ,其压缩因子为 2 .0 8× 10 4,并对实验结果进行了定性分析     

双包层Er3+/Yb3+共掺光纤激光器稳态特性的分析

对980nm泵浦光泵浦双包层Er3+/Yb3+共掺光纤激光器进行了数值模拟,分析了泵浦光与激光在双包层Er3+/Yb3+ 共掺光纤中的分布情况、输出功率与泵浦功率的关系、光纤长度与腔镜反射率对输出激光功率的影响,计算的最大斜效率为56.3%,接近于理论计算值的极限。     

脉冲泵浦调Q光纤激光器的优化设计

从光纤激光器的速率方程出发,通过MATLAB编程对光纤激光器的瞬态特性及脉冲泵浦调Q光纤激光器的输出特性进行了数值模拟和优化设计.结果表明,通过脉冲泵浦使输出脉冲宽度被压窄,随着泵浦脉冲宽度和功率的增加,产生稳定激光的时间延长,而且伴随有次脉冲产生.     

掺铥双包层光纤激光器研究

掺铥光纤激光器所发射的2mm波段激光处于水分子吸收峰且对人眼安全,并且被认为是3～5mm光参量振荡的有效抽运源,因此具有巨大应用前景。围绕进口和国产掺铥双包层光纤展开了一系列研究,实现了光纤激光器的连续运转、脉冲运转、可调谐输出等。对进口光纤的光谱特性进行了较全面的研究,获得最大连续输出功率6W、斜率效率50%;采用国产掺铥双包层光纤,获得最大连续输出功率5.1 W、斜率效率41.9%;采用后向Littrow结构、以闪耀光栅作为选频元件,获得了2mm附近最大范围可达105nm的可调谐激光输出,且各调谐激光线宽均在2.2nm左右。采用声光调制器(AOM)作为Q开关,在调制频率为1kHz时,获得最高峰值功率4.2kW、最大脉冲能量840mJ、脉宽200ns的脉冲输出;在3kHz时获得了最短180ns的脉冲输出。对双端抽运方式也进行了研究。分析了腔镜透射率和激光介质长度对激光输出功率的影响,讨论了激光光谱的红移现象。     

高重复频率、窄脉宽全固态光纤放大器种子源

高重复频率、窄脉宽的全固态激光器种子源级联光纤放大器是获得高功率脉冲激光输出的有效手段.短上能态寿命的Nd:YVO4晶体在连续抽运、高重复频率Q开关工作时容易得到接近连续性能的平均输出功率.理论分析了声光(AO)调Q器件中影响输出能量和脉宽大小的主要因素,优化配置了腔型参数.利用激光二极管(LD)光纤耦合模块端面抽运Nd:YVO4晶体,实现了声-光调Q重复频率100 kHz以上,脉宽20 ns以下,波长1064 nm的激光输出.在抽运功率5.7 W时,得到了脉宽15.3 ns,重复频率150 kHz的种子光输出,在级联单级光纤放大器后,得到了20 W的输出.     

掺Tm3+光纤激光器的进展

总结分析了近期连续波输出、脉冲输出和上转换连续波输出的掺，Tm^3 光纤激光器现状。指出采用Tm^3 分别与Yb^3 、Ho^3 和Al^3 共掺的光纤，可使掺Tm^3 光纤激光器扩展抽运源波长、压缩调Q脉宽和提高斜率效率。     

自研100μm/400μm光纤实现1000W纳秒脉冲激光输出

搭建了基于声光调Q种子源的主振荡高功率放大(MOPA)系统。采用自主设计和制备的大模场双包层(100μm/400μm)有源光纤,通过两级放大,在重复频率为60 kHz、脉冲宽度为150 ns的条件下实现了平均功率为1000 W的脉冲输出,斜率效率为72.5%,光谱显示无剩余泵浦光和寄生振荡,同时没有受激拉曼散射效应。此时的脉冲宽度展宽到260 ns,单脉冲能量为16.7 mJ。这是采用国产光纤实现脉冲激光器平均功率突破1000 W的首次报道。     

双向抽运拉曼光纤放大器抽运光功率分配对开关增益的影响

利用打靶法对单波长双向抽运拉曼光纤放大器的开关增益问题进行了数值仿真研究，结果表明，在小信号的情况下，只要抽运光的总功率不变，信号光的开关增益几乎与正反向抽运光功率的分配比例无关，此结果和小信号情况下的解析解结论一致。当信号光功率增大到对抽运光的消耗不能忽略时，其开关增益随着正向抽运光功率百分比的增大而略有增大。另外，也给出了几种不同输入信号入纤光功率、不同正反向抽运光功率分配情况下的信号光、正反向抽运光和总光功率沿光纤长度的分布。     

掺镱脉冲光纤激光器抽运的高功率PPMgLN光参变振荡器

报道了研制主振-放大（MOPA）结构的高功率保偏掺镱脉冲光纤激光器并用其抽运光参变振荡器（OPO）的研究工作。掺镱脉冲光纤激光器以声光调Q的Nd∶YVO4激光器作为种子源, Liekki的大直径双包层保偏光纤作为放大介质, 得到接近基模的1064 nm波长激光输出, 最大线偏振输出功率17 W, 偏振消光比优于10 dB, 重复频率50 kHz, 脉冲宽度60 ns。利用该光纤激光作为抽运光, 抽运基于周期性畴极化反转掺镁铌酸锂（PPMgLN）晶体的宽带可调谐OPO, 实现了高效参量转换。在信号光1518 nm通道, 以16.2 W功率抽运, 获得最大参变输出功率9 W, 其中3.5 μm波长功率为2.4 W。OPO的能量转换效率为58%, 斜效率为68％。在信号光1491 nm通道, 以14 W功率抽运, 获得最大参变输出6.6 W, 其中3.7 μm波长功率超过2 W。     

泵浦波长对掺Yb3+双包层光纤激光器的影响

通过求解速率方程，得到了线形腔掺Yb^3 双包层光纤激光器输出光功率、泵浦阈值、斜率效率的表达式，分析了泵浦波长对激光器性能的影响。采用线形腔结构，研制了掺Yb^3 双包层光纤激光器，用不同波长的半导体激光器列阵做泵浦源进行了实验研究，理论与实验基本吻合。     

基于MOPA结构的1550 nm单频脉冲光纤激光器

人眼安全的1550 nm全光纤单频脉冲激光器具有广泛且诱人的应用前景。本文所研制的激光器采用全光纤主振荡功率放大(MOPA)结构和腔外声光调制的方法,一级预放大级采用1.5 m单模保偏掺铒光纤,输出功率21.45 mW;二级预放大级采用1.5 m双包层保偏铒镱共掺光纤,输出功率253.6 mW;功率放大级采用1 m双包层保偏大芯径铒镱共掺光纤,泵浦功率15.9 W时,最终实现了输出功率2.6 W、脉宽260 ns、重复频率10 kHz的单频脉冲激光输出。通过对各级增益光纤和无源光纤的长度优化,成功抑制了放大自发辐射(ASE)和受激布里渊散射(SBS),消除了放大过程中噪声的影响,得到了峰值功率1 KW的稳定单频脉冲特性。