同带泵浦千瓦级掺铥光纤激光器输出特性理论模拟

对793 nm、1.6μm和1.9μm三种不同泵浦波段下千瓦级掺铥光纤激光器的输出特性开展了数值模拟研究。在1 kW输出功率下,对不同泵浦波段的输出效率和热特性进行了对比分析。结果表明,在793 nm泵浦下,受益于交叉弛豫过程,量子效率可超过100%,但是其整体斜率效率依然不高,导致激光器产热严重,废热与输出功率比达80.8%,光纤端面温度也相对较高。在同带泵浦下,激光器效率得到明显提升,尤其是在1.9μm同带泵浦下,激光器斜率效率达90%以上,废热也得到显著抑制,使用低掺杂光纤时,增益光纤温度整体在50℃以内。对同带泵浦下掺铥光纤激光器的功率提升开展了初步估算和数值模拟,估算表明在同带泵浦下,掺铥光纤激光器的功率提升主要受限于受激布里渊散射、模式不稳定、外包层损伤以及光损伤等四个因素。数值模拟结果表明,同带泵浦下热载显著降低,掺铥光纤激光器的功率提升不会受到模式不稳定的影响,而外包层损伤和受激布里渊散射成为主要的限制因素。对于1.6μm和1.9μm同带泵浦,在25μm芯径尺寸下,激光器最高输出功率可分别达5.9 kW和12.7 kW。     

国产掺镱保偏光纤的制备及其激光性能研究

基于改进的化学气相沉积(MCVD)工艺，结合溶液掺杂技术，成功制备出11μm/125μm掺镱保偏光纤，并研究了其激光性能。该光纤的纤芯数值孔径为0.09，双折射系数值为3.0×10^-4,915 nm和976 nm处的包层吸收系数分别为2.48 dB/m和7.05 dB/m。搭建了全光纤振荡器结构测试平台，当掺镱保偏光纤长度为2.25 m、976 nm泵浦功率为57 W时，实现了最大输出功率为48.9 W、斜率效率为85.5%的激光输出，输出光谱呈洛伦兹型。     

多模石英光纤SBS相位共轭实验研究

采用芯径为100μm、长2m的无掺杂多模阶跃石英光纤,在1.06μm波段,研究了不同焦距下,光纤与耦合透镜间的距离以及泵浦能量对反射率和波形的影响。在不同的入射能量下,得到最大反射率为68.95%,脉宽压缩到入射光脉宽的1/3～1/2。     

同带泵浦光纤激光器用泵浦光纤设计

同带泵浦结构是使激光器单根光纤达到输出功率极限的实现方法之一.文章针对同带泵浦结构激光器开展了研究,首先通过建立简化模型进行数值模拟,确定了同带泵浦结构激光器的最佳泵浦波长应位于1010~1030nm;然后研制了高效率1018nm 光纤并进行了激光性能测试和对比分析.结果表明,通过共掺使Yb3＋ 离子发射次峰蓝移,能促进1018nm 激光的输出;增大芯包比有助于提高1018nm 输出激光效率.     

基于PbS掺杂环形芯光纤的光放大器

为了解决光纤传输的信号衰减和容量限制的问题,利用改进的化学气相沉积(MCVD)法制备了硫化铅(PbS)掺杂环形芯光纤,并且搭建反向泵浦光放大实验装置实现了在C波段的宽带放大,为后续利用PbS掺杂光纤实现少模光纤放大器提供了可能性。实验结果表明:随着泵浦功率的增加,样品光纤在C波段的开关增益增大;而随着信号功率的增大,开关增益减小;当泵浦功率为750 m W、信号光功率为0.003 nW时,样品光纤在C波段的开关增益为8 dB左右。     

上海光机所掺铥双包层碲酸盐玻璃光纤获得2μm 1.12W激光输出

2010年7月,中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光单元技术研发中心胡丽丽研究员、张军杰研究员课题组承担的科技部863项目2007AA03Z441“2μm稀土掺杂激光玻璃光纤研制项目”工作取得突破性进展。该研究组利用自行研制的铥单掺双包层碲酸盐玻璃光纤,首次实现800nmLD泵浦下－2μm瓦级激光输出,输出功率达到1.12W,创造了目前碲酸盐玻璃光纤中－2μm激光输出的最高纪录。     

MCVD工艺沉积温度对有源光纤掺杂浓度的影响研究

以掺镱双包层光纤为例,主要介绍了用MCVD工艺及溶液掺杂法制备掺稀土离子有源光纤,通过对低温沉积疏松芯层时温度控制对最终研制的有源光纤镱离子掺杂浓度的影响研究,得出沉积温度对有源光纤掺杂浓度影响的规律,为目前国内普遍采用的MCVD工艺结合溶液掺杂技术制备掺稀土离子有源光纤提供了参考.     

一种新型折射率掺镱双包层光纤

为了提高光纤放大器单纤输出功率,设计了一种新型折射率掺镱双包层光纤,纤芯直径30μm,包层直径125μm。采用一种改良的高温气相掺杂技术和改进的化学气相沉积法制作,纤芯折射率分布为凹陷型结构,掺杂区为低折射率区。对光纤的荧光特性、模场特性以及放大特性进行了测试。试验结果表明,该新型折射率分布设计有利于纤芯对抽运光吸收,荧光输出平坦,对光纤进行弯曲处理可实现平坦模场的能量输出,5m光纤实现了40dB 高功率飞秒信号光放大,输出功率30kW。     

1μm波段低量子亏损光纤激光研究进展(特邀)EI北大核心CSCD

量子亏损对高功率光纤激光器内的废热产生和光光转换效率具有重要影响,光纤激光器输出功率的提升过程可以视为不断与量子亏损作斗争的过程。文中梳理了近年来1μm波段低量子亏损光纤激光的重要进展,重点介绍了稀土掺杂增益和拉曼增益两种体制的光纤激光器在实现低量子亏损输出方面的相关工作。在稀土掺杂光纤激光器中,采用级联泵浦、多组分掺杂、强泵浦等技术可降低激光器的量子亏损,其中量子亏损≤1%的掺镱光纤激光器已实现400 mW功率输出。在拉曼光纤激光器中,通过采用特殊掺杂、泵浦光谱调控、增益竞争抑制等技术,量子亏损≤1%的拉曼光纤激光器已实现百瓦级功率输出,并成功验证包层泵浦方案的可行性,表明其在实现高功率低量子亏损输出方面具有重要潜力。     

全正色散双包层拉锥Ge-As-Se-Te光纤中的宽带相干超连续谱产生

制备了具有全正色散特性的Ge-As-Se-Te双包层拉锥光纤,并研究了其中的红外超连续谱输出特性。所采用的拉锥光纤的纤芯直径为12μm,外包层直径为108μm,锥区长度为9.8 mm。利用6μm的飞秒激光泵浦10 cm长的拉锥光纤,获得了1.5～14.3μm的超连续谱输出。与同样纤芯直径的单包层拉锥光纤相比,双包层结构不仅增强了光纤的机械强度,还减少了泵浦能量在锥区的损耗,进一步拓宽了超连续谱的宽度。模拟计算结果表明,该超连续谱具有高的相干性。     

196W功率输出的高功率包层泵浦光纤激光器

文章首先阐述了包层泵浦技术以及基于包层泵浦技术的包层泵浦激光器,同时还介绍了一种新型泵浦技术,即从大面积激光二极管向小截面的单模光纤芯层传输能量的侧面泵浦技术。然后介绍了我们试验中的大功率包层泵浦光纤激光器,该激光器采用的是端面泵浦技术。当泵浦功率为240W时,光纤激光器在1．09μm处产生了高质量的196W连续波长输出,获得了85％的斜坡效率。     

基于水解工艺掺Yb3+大模场微结构光纤的制备与光学性能

采用四氯化硅水解掺杂结合高频等离子体粉末熔 融法制备了掺Yb³⁺石英玻璃,以此玻璃作为光纤 纤芯,通过堆积-拉丝法拉制了掺Yb³⁺大模场微结构光纤。光纤的纤芯直径达到了130μm,并且研究了光 纤的吸收光谱、发射光谱、损耗特性和激光特性。以此光纤为增益介质,当泵浦波长为970nm时,实现了 波长为1033nm的连续激光输出,激光输出的最 大功率为 3.6W以及激光斜率效率为42.1%。测试结果表 明,利用水解工艺制备的掺Yb³⁺大模场微结构光纤有望应用于高功率光纤激光器的研 制。     

2.8 μm中红外同步泵浦锁模光纤激光器

2.8μm波段中红外光纤激光器在激光医疗领域具有重要的应用,受到广泛关注。研究并实现了2.8μm同步泵浦锁模脉冲光纤激光器。自主研制了大功率单模976nm皮秒脉冲激光器并以此作为泵浦源,以掺铒氟化物光纤环形腔作为谐振器,通过纤芯同步泵浦的方式,在交叉相位调制作用下实现了2.8μm同步泵浦锁模脉冲激光器的制备。锁模脉冲的中心波长为2784.7nm,重复频率为6.534 MHz,脉冲宽度接近光电探测器极限。所提方案不需要在谐振器内插入任何中红外主动或被动调制器,具有系统稳定性好和易于实现全光纤化等优势。     

增益导引和折射率导引在大模场单模光纤设计中的应用

传统的大模场光纤是通过设计光纤结构来获得大模场面积的,可以实现的模场面积只能达到几百平方微米。增益导引和折射率导引相结合是实现大模场单模光纤的一种新方法。通过分析增益因子对折射率以及归一化频率的影响,得到了光纤中各阶模式截止条件与纤芯包层折射率差和增益因子的关系。最后以包层折射率为1.5734,纤芯折射率为1.5689,纤芯半径为50μm,10%(原子数分数)重掺杂钕离子的磷酸盐光纤作为模拟计算对象,当波长为1.064μm时,得到其模场直径大于90μm。对于普通光纤,增益导引和负折射率导引相结合的方法对实现大模场单模传输很有前景。     

高光束质量保持的（6+1）×1泵浦/信号合束器研制

研制了一款输入输出均为50μm大芯径信号光纤的高泵浦光耦合效率、高光束质量保持的（6+1）×1反向泵浦/信号合束器。利用仿真软件分析了锥区长度、拉锥比例以及玻璃管折射率对泵浦光耦合效率的影响,纤芯轴向偏移量对信号光传输效率及光束质量的影响。合束器的制作中,使用半掺氟的薄壁玻璃管提高泵浦臂性能,泵浦耦合效率大于98.5%,无主动制冷情况下温升小于10℃/kW。采用包层腐蚀变径技术保证信号光纤在组束过程中纤芯不变形,并通过光束质量因子反馈对准熔接,实现了高光束质量保持的合束器的研制,光束质量退化比仅为3.4%。在合束器信号光纤尾端制作包层光滤除器并熔接端帽构成一体化器件,应用于单级主振荡功率放大结构的窄线宽激光系统中,实现了4.1 kW近单模输出,拉曼抑制比为40.5 dB。     

33.8W高效率中红外2.8μm光纤激光器

为了提升中红外光纤激光器的功率和效率,基于掺铒氟化物光纤的高效热管理技术、高性能中红外光纤端帽制备技术和高功率泵浦激光的高效耦合技术,利用高功率976 nm半导体激光器,单端泵浦8 m长、掺杂铒离子的摩尔分数为7%的氟化物增益光纤,实现了33.8 W的中红外2.8μm激光输出,据我们所知,这是单端泵浦中红外光纤激光器的最高功率水平,此时激光器的光光转换效率达26.4%。     

美国QPC公司推出6通道高功率光纤半导体激光器

美国QPC公司推出了全新的6通道光纤输出高功率半导体激光器Ultra-600系列。该系列分为792nm和976nm2种产品,792nm激光器最高功率达450W,6通道光纤输出;976nm激光器最高功率达300W,6通道光纤输出。输出纤芯芯径有100μm和200μm2种。Ultra-600为高功率Yb、Er：Ybf976nm）和Tm（792nm）光纤激光器泵浦量身定做,特别适合于多通道高功率光纤激光器泵浦。Ultra-600采用并联巴驱动模式,最高驱动电流45A。Ultra-600采用底盘管道无过滤水冷方式。     

807nm半导体激光泵浦的掺铒光纤放大器的进展

根据用Coherent 899-29钛宝石激光器在800nm泵浦带选择掺铒光纤放大器最佳泵浦波长和获得高达35dB增益的研究结果,最近我们利用Sharp LT 017 MD型单模半导体激光器(P=40mW,λ_D=807nm)整形、准直后作泵浦光源,以中国建材院石英所研制的低损耗掺铒石英单模光纤作放大介质。光纤芯径4.9μm,数值孔径0.22,长度5.8m。采用工作波长为1.536μm的分布反馈激光器作信号源,信号光和泵浦光通过光纤方向耦合器合波到掺铒光纤     

应用于光触发晶闸管触发的特种光纤性能分析

对光触发晶闸管应用中使用较广泛的一种特种光纤进行了性能分析,对该光纤的芯层与包层的掺杂和包层/芯层直径比等关键光学特性进行了系统的研究,为光触发晶闸管寻找到性价比较优的特种光纤提供了参考。通过对比分析得出,在光触发晶闸管触发应用中,光纤设计类型为芯层直径200μm,包层直径250μm;采用阶跃折射率分布设计;芯层掺杂为锗氟共掺,芯层掺杂量为锗元素16mol%、氟元素5mol%;包层掺杂为氟元素,包层掺杂量为1mol%的光纤触发性能较优,适合光触发晶闸管的应用。     

4.5 W中红外3.1 μm光纤气体激光器

在突破了高功率泵浦激光高效稳定耦合关键技术的基础上,利用～30 W的窄线宽1.5μm光纤激光放大器泵浦一段～8m长、充有300Pa乙炔的空芯光纤,实现了4.5 W的3.1μm波段中红外激光输出,这是目前中红外光纤气体激光器的最高输出功率,对应的光光转换效率(相对于泵浦源功率)约为14%。实验结果表明,光纤气体激光器具备输出高功率中红外激光的潜力。