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。     

高稳定性单纵模布里渊光纤激光器的实验研究

本文提出了一种用可调谐半导体激光器（TLS）泵浦的高稳定性单纵模布里渊光纤激光器（SLMBFL）。该激光器利用Brillouin泵浦光（TLS激光）只在环形器内运行一次,这样Brillouin泵浦光就不会在谐振腔内共振,确保了激光器谐振腔的高稳定性从而使Brillouin激光在该谐振腔内形成共振而输出。实验发现当Brillouin增益介质光纤的长度缩短到13．4m时谐振腔的自由光谱范围变为15．2MHz,正好与光纤的Bfillouin增益带宽接近,此时SLMBFL开始表现为单纵模振荡。实验结果表明,该光纤激光器的功率转化效率为42．5％,最大输出功率为267．6roW。单纵模激光输出的信噪比与其泵浦激光的信噪比提高近10dB。SLMBFL对TLS的高频噪声有很好的抑制作用,其输出线宽小于5KHz。     

一种利用布里渊谱宽确定光纤SBS阈值的新方法

针对传统的通过功率信息测量所得受激布里渊散射阈值偏高的问题,提出了一种利用布里渊散射谱宽确定光纤受激布里渊散射阈值的新方法。分析了本地外差检测的原理及布里渊散射谱宽与入纤光功率的关系;设计了基于本地外差检测的布里渊散射谱测量系统,在常温下对不同长度标准单模光纤的受激布里渊散射阈值进行了测量。实验结果表明:当光纤长度分别为48.8 km和9.5 km时,根据功率信息获得的受激布里渊散射阈值对应的布里渊散射谱宽均接近恒定值10 MHz,此时已发生严重的泵浦耗尽效应。利用布里渊散射谱表现出的低入纤功率时谱宽的线性下降特性和高入纤功率时谱宽的功率无关特性确定的两种光纤长度下的受激布里渊散射阈值分别为1.12 mW和3.8 mW,对应的布里渊散射谱宽分别为24.86 MHz和23 MHz,其值近似等于布里渊自然线宽。文中的研究结果对布里渊光时域反射系统最大入纤光功率的确定具有重要的参考价值。     

基于受激布里渊散射的可调谐多波长激光器

可调谐多波长布里渊掺铒光纤激光器将光纤中的SBS非线性放大同掺铒光纤的线性放大相结合得到室温稳定的多波长输出,具有波长间隔一致、线宽窄、功率谱相对平坦等优点。设计了一种基于光纤布拉格(FBG)反射的线性可调谐多波长布里渊掺铒光纤激光器。该线性腔激光器的一端利用光纤布拉格光栅作为反射镜,有效抑制了腔内自激模的影响,增加激光器输出波长数。布里渊泵浦信号进入布里渊增益介质之前经过掺铒光纤放大器的两次放大,降低了布里渊增益的阈值。该多波长激光器实现了1 530～1 560 nm之间30 nm可调谐范围的输出。在布里渊泵浦信号功率2 mW,980 nm泵源抽运功率60 mW情况下,1 540～1 554 nm范围内,获得了波长间隔0.088 nm的16个波长的输出。     

多波长布里渊掺铒光纤激光器的结构优化研究

基于受激布里渊散射效应(SBS)和掺铒光纤(EDF)的线性增益机理研究了一种环形腔多波长布里渊掺铒光纤激光器(BEFL)。在该激光器中使用单模光纤作为布里渊增益介质,使用掺铒光纤来放大产生的斯托克斯(Stokes)信号,使该激光器在室温下产生稳定的多波长输出。通过对激光器结构中的环行器和耦合器的位置以及耦合器的接入方式的研究与分析发现:耦合器的接入方式、环行器与耦合器的位置均对激光器的输出有影响。在可调谐光源TLS(布里渊泵浦激光器)的功率大小为14dBm,980nm泵浦激光器的功率大小为23dBm,单模光纤长度为10km的情况下进行了实验测试,结果表明:耦合器的接入方式对BEFL的输出影响很明显,最后给出了详细的测试结果和相应解释。     

一种线形腔的多波长布里渊掺铒光纤激光器

布里渊掺铒光纤激光器(BEFL)是一种利用非线性效应——布里渊散射来实现多波长输出的激光器,波长间隔大约为0.088 nm(11 GHz).研究了一种多波长布里渊掺铒光纤激光器线形结构,通过引入反馈实现多波长输出.在布里渊泵浦功率为11 mW,980 nm泵浦功率为12 mW时获得了波长间隔为0.08 nm的34个波长的激光输出以及1 525～1 570 nm可调谐范围.并通过调节980 nm抽运光功率以及布里渊泵浦光波长,实现了可调谐的多波长输出.还研究了980 nm抽运光功率对产生的斯托克斯光波数的影响.     

光纤激光器受激布里渊散射的建模与求解

从理论上分析了高功率双包层光纤激光器的受激布里渊散射效应,建立了考虑受激布里渊散射的光纤激光器速率方程,并采用打靶法对其求解,对数值求解算法进行了详尽的描述。通过比较不同的纤芯直径、光纤长度以及掺杂浓度的情况下输出激光功率极限值的不同,发现增大纤芯直径、减小光纤长度以及降低掺杂浓度可以有效地减少受激布里渊散射的影响。     

基于MOPA结构的1064nm单频光纤激光器

为了抑制受激布里渊散射效应, 提高单频窄线宽种子源的放大功率, 采用主振荡功率放大器结构, 并对光纤长度、纤芯直径和抽运参量进行优化, 实现了42W的1064nm信号光输出。实验中, 一级放大采用914nm半导体激光器作为抽运源, 增益光纤芯径10μm, 长度8m;二级放大采用976nm半导体激光器作为抽运源, 增益光纤芯径20μm, 长度2.4m。在种子光功率40mW、一级放大的抽运功率6.8W、二级放大的抽运功率85W时, 得到了42W的1064nm信号光输出。结果表明, 光光转换效率约49.4%, 偏振消光比27.5dB; 输出信号光中心波长1064.5nm, 线宽约70MHz, 保持了种子光的单频特性。在42W连续输出时没有观察到受激布里渊散射, 继续增大抽运功率, 有望实现更高功率的放大。     

基于级联相位调制的4.9kW窄线宽单纤光纤激光器

高功率窄线宽光纤激光器在遥感测量、引力波探测、光束合成等领域中应用广泛,但硅基光纤中的受激布里渊散射效应限制了其输出功率。对单频种子源进行相位调制以展宽线宽是常见的抑制受激布里渊散射的方法。然而,单一机理的射频相位调制对受激布里渊散射效应的阈值提升能力有限,已经不能满足近5 kW的激光功率需求。分析了伪随机二进制序列和正弦信号级联的相位调制对光谱展宽和受激布里渊散射效应抑制的影响,搭建了级联相位调制的高功率窄线宽光纤激光器,采用四级功率放大结构,在46 GHz均方根线宽下,实现了4.93 kW激光输出,中心波长为1067.5 nm,斜率效率为78%,光束质量为M²<1.2。     

三谱线、高峰值功率窄线宽纳秒光纤激光器

为了抑制窄线宽脉冲光纤放大器中受激布里渊散射效应, 使用多谱线技术对单频种子源的线宽进行了拓展, 进行了基于三谱线的主振荡功率放大高峰值功率脉冲全光纤激光器实验验证。结果表明, 经过两级预放、一级功放, 获得激光输出的最大平均功率为303W, 脉宽为2.8ns, 重复频率为3.1MHz, 对应的峰值功率为35kW, 在最高功率输出情况下, 激光器的光束质量小于1.3;三谱线结构对受激布里渊散射有着明显的抑制作用。该研究为高峰值功率的脉冲光纤激光器放大技术提供了参考。     

波长间隔为20 GHz的多波长布里渊光纤激光器

设计了一种基于环形腔的双倍布里渊频移间隔的可调谐光纤激光器实验装置。 该实验装置由一个3 dB耦合器、一台可调谐激光源(TLS)、一台980 nm泵浦和一个实现双倍布里渊频移环形腔构成。该结构耦合输出偶数阶Stokes光,从而实现间隔约为20 GHz或0.16 nm的多波长输出。并研究了980 nm泵浦光和BP光功率对输出偶数阶Stokes光波数的影响。当980 nm 泵浦功率固定为26 dBm(400 mW),BP功率为10 dBm时,获得了间隔为0.16 nm的11个稳定激光输出以及36 nm(1530~1566 nm)的可调谐范围。     

复合滤波结构的窄线宽高频微波信号产生装置

为了在较低泵浦功率下实现单纵模双波长激光信号的输出,进而获得窄线宽的高频微波信号,设计并实验了一种基于复合滤波结构的窄线宽高频微波信号产生装置。通过8字腔结构布里渊增益腔和反射式光纤光栅构成的波长选择滤波器实现了4倍布里渊频移间隔的双波长斯托克斯光信号输出,采用200 m长单模光纤作为增益介质,同时与50 m长单模光纤构成级联光纤环结构,采用三端口耦合器与2 m长未泵浦的保偏掺铒光纤构成萨格纳克环结构,利用级联光纤环结构和萨格纳克环结构的复合滤波作用实现了斯托克斯光信号模式的选择,使输出的斯托克斯光信号由多纵模运行状态变为单纵模运行状态。实验证明:通过对输出的单纵模双波长斯托克斯光信号进行拍频检测可得42.85 GHz的高频微波信号产生,线宽为38 kHz;通过改变可调谐泵浦激光器的输出波长,可实现42.25~43.51 GHz范围内的频率调谐;通过稳定性测试,产生的42.85 GHz高频微波信号的频率变化在0.83 MHz内,峰值功率变化在±0.8 dB内,稳定性良好,满足实际应用需求。     

基于受激布里渊散射放大效应的可调谐多波长激光器的研究

为了获得高质量的可调谐多波长激光器,提出并 验证了一种结构简单的基于受激布里 渊散射(SBS)放大效应的多波长激光器。首先设计了单频布里渊环形腔激光器,将单频 激光信号 作为信号光,通过SBS放大效应实现了超过12个波长的激光输出,且 产生的波长数可以 进一步增加。该激光器的波长间隔为0.087nm,通过调节泵浦波长和 功率实现了可调谐的多 波长输出。在20 min的时间间隔内,测量了信号的稳定性, 实验结 果表明, 本文的多波长激光器展现了较高的稳 定性。     

布里渊单模光纤环形腔激光器实验研究

实验研究了布里渊单模光纤环形腔激光器(BSFRL)的输出功率、输出光谱和输出时域特性。通过对激光输出功率和光谱特性与构建激光器的光纤长度和输出耦合器的反馈耦合比关系的研究与分析发现,当构建的BSFRL的输出耦合器反馈耦合比为0.4、光纤长度为1.5 km时,BSFRL具有低泵浦阈值、高转换效率和稳定的单模激光输出,此时激光器的泵浦阈值约为3 mW,光-光转化效率为65%。通过调节偏振控制器,得到稳定的锁模脉冲输出。讨论了BSFRL的时域不稳定性并给出了相应解释。     

间隔0.256 nm的多波长布里渊光纤激光器的实验研究

使用一个四端口环行器和两个三端口环形器,设计了一种波长间隔为0.256 nm的多波长布里渊掺铒光纤激光器。该激光器中使用的两个三端口环行器组成的环腔产生一阶Stokes光,四端口环行器组成的环腔产生与入射进腔内的BP光相隔双倍布里渊频移的Stokes光。实验测试得到:当BP为3 dBm、980 nm泵浦功率为27.78 dBm时,可得到波长间隔为0.256 nm的6个波长的激光输出,同时也讨论了Stokes光的数量与BP光功率和980 nm泵浦光功率之间的变化关系。     

30-GHz millimeter-wave carrier generation with single sideband modulation based on stimulated Brillouin scattering

A new technique to generate a millimeter（mm）-wave carrier of 32.57 GHz(f_LO=10.85 GHz) with single sideband modulation（SSB） for radio-over-fiber（RoF） systems is experimentally demonstrated by using stimulated Brillouin scattering（SBS）.The SSB is realized by directly amplifying the +3rd sideband of the modulated optical carrier in the process of SBS.The pump wave is provided through a double Brillouin scattering frequency shifting configuration.The use of the same laser source to generate the pump wave ensures the stability of the mm-wave generation system since the relative frequency shift between them can be eliminated.In addition, the mm-wave carrier obtains an RF power gain of 21 dB with the SBS amplification and a 3-dB bandwidth of 10kHz.     

间隔双倍频移的可调谐多波长布里渊/铒光纤激光器

设计了一种结构简单的波长间隔双倍布里渊频移的可调谐多波长布里渊/铒光纤激光器。利用一个3 dB耦合器形成复合环形腔结构,使奇数阶斯托克斯信号被局限在一个腔内循环,仅有初始布里渊抽运信号和偶数阶的斯托克斯信号能够耦合输出,实现了波长间隔双倍布里渊频移的多波长输出。分析了不同布里渊抽运功率、不同980 nm抽运功率下激光器的输出特性。在布里渊抽运信号功率10 dBm,980 nm抽运功率110 mW的情况下,激光器在1555~1565 nm范围内获得了波长间隔0.176 nm的6个波长输出。     

宽带可调谐双频移多波长布里渊光纤激光器

提出了一种采用高非线性光纤作为布里渊增益介质 的双倍布里渊频移间隔的多波长布里渊光纤激光器(MW-BEFL)。激光器利用两个环形器构成 双倍频移结构,将奇数阶的斯托克斯信号隔离在腔内循环,仅有泵浦 信号和偶数阶的斯托克斯信号能够耦合输出,实现了双倍布里渊频移的多波长输出。激光器 腔内没有引入 任何的有源增益介质对斯托克斯信号进行放大,消除了腔内自激模的影响。激光器的调谐范 围由布里渊泵 浦的工作波长和掺铒光纤放大器(EDFA)的增益带宽决定。实验中,在布里渊 抽运 功率为0dBm、EDFA的输出功率为20 dBm的情况下,在1536~1605nm之间得到双频移间隔的多 波长输出,调谐范围是69nm。