高功率窄线宽光纤放大器及放大线宽特性

研制了高功率窄线宽光纤放大器.该放大器采用双级放大结构,其中第一级预放为掺Er3+光纤放大器,第二级功率放大采用10 m长的Er3+/Yb3+共掺双包层光纤作为增益介质,抽运源采用两支波长为980 nm的大功率激光二极管.当抽运功率为10.7 W时,得到放大激光输出功率为1.94 W,光一光转换效率为17%,斜率效率20%.采用延迟自外差方法对种子激光器及各级放大器输出的激光线宽进行了测量,测量结果表明窄线宽激光谱线经过掺Er3+光纤与双包层光纤放大后均有不同程度的明显展宽.分析认为激光线宽展宽的主要原因是由于种子激光器中弛豫振荡或自脉冲的强度波动引起的自相位调制.     

单频单偏振窄线宽光纤激光器及其放大研究

为了获得高功率单频单偏振窄线宽激光,对一个带单级放大结构的环形腔结构掺铒光纤激光器系统进行了研究。采用作为可饱和吸收体的未抽运掺铒光纤结合作为波长选择器的高反射率光纤布喇格光栅形成超窄带滤波器,在环形腔内加入光纤偏振控制器和具有高消光比的保偏环行器获得单偏振光。环形腔输出后进行单级光放大以提高输出激光光功率。获得了206mW激光输出,输出功率长时间稳定度达到1.4%。通过光纤延迟自外差线宽测试系统得到输出激光线宽小于500Hz,光纤激光器输出光偏振度长时间稳定在99.7%。结果表明,非保偏可饱和吸收体加光纤布喇格光栅结合部分保偏结构可产生单频单偏振窄线宽激光,激光放大对线宽有明显的展宽效果。     

全光纤结构的两级分布式窄线宽双包层光纤放大器

利用主振荡一功率放大(MOPA)技术,实验研究了两级级联、全光纤结构的窄线宽连续激光放大器.其中,以20dB光谱线宽0.078nm的窄线光纤激光器为信号光源,两个放大级中分别采用光纤侧面耦合器,(6+1)X1光纤合束器实现抽运光功率的耦合.以及使用1053nm单模纤芯的双包层掺镱光纤、大模场面积的掺镱双包层光纤作为增益光纤.在伞光纤结构放大器中,对第二级放大级中(6+1)X1抽运光注入端的反向传输光的光谱和功率进行了监测和分析.通过优化增益光纤的长度,抑制了掺镱光纤中自发辐射光的自牛激光振荡.在窄线宽激光放大过程中实现了中心波长1053 nm.总放大增益27.6 dB,功率16.09 W的稳定激光输出,没有发现受激布里渊散射和受激拉曼散射等非线性效应.     

100mW窄线宽低噪声光纤激光器的实验研究

利用国产高掺镱光纤和光纤布拉格光栅(FBG)对,通过分布布拉格反射式(DBR)谐振腔结构设计,实验研究了高功率、窄线宽、低噪声的光纤激光器;并对其输出激光特性进行了研究.同时,制作完成了一台全光纤结构的光纤激光器样机.     

采用F-P光纤环滤波器的窄线宽环形腔光纤激光器

提出了一种采用F-P光纤环滤波器的窄线宽环形腔激光器,该激光器采用环形腔结构,两个耦合比为30:70的耦合器和一段2 m长的未泵浦掺铒光纤构成F-P光纤环滤波器,F-P光纤环滤波器产生的梳状谱,可以增大激光模式之间的自由光谱范围（FSR）,在一定程度上减小跳模现象的发生,有利于模式的稳定。研究表明,通过对掺铒光纤的优化和耦合器的选择可以提高F-P光纤环滤波器的精细度,而F-P光纤环中的未泵浦掺铒光纤起到饱和吸收体的作用,使输出激光的线宽得到有效压缩。将保偏光纤光栅和F-P光纤环滤波器共同应用于环形腔掺铒光纤激光器,在室温下得到了3 dB线宽均小于0.07 nm（实验室光谱仪最小分辨率）的窄线宽双波长输出。在2 h的观测时间内,最大峰值功率波动小于0.4 dB,具有良好的稳定性。     

波长可切换窄线宽单频掺镱光纤激光器（特邀）

基于光纤环形激光器,设计出由三端口环形器、偏振控制器、未泵浦保偏掺镱光纤和光纤布拉格光栅组成的滤波器件作为高精度滤波器对谐振腔内的模式个数进行抑制,通过调谐偏振控制器,在保偏掺镱光纤内形成的梳状光谱和动态光栅,实现了窄线宽、单、双波长可切换单频掺镱光纤激光器。单波长运行时,在1064.37 nm处测得激光器输出线宽346 Hz,光信噪比大于50 dB,30 min内该激光器波长及功率的不稳定性均在0.01 nm和0.2 dB范围内。通过调节偏振控制器,单波长和双波长可以实现互相切换,双波长分别位于1064.156 nm和1065.236 nm。该技术为超窄线宽激光器的双波长输出提供了新的途径。     

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。     

窄线宽光纤激光器

为满足传感系统的需求,研制了1 550nm单频窄线宽光纤激光器,采用环形腔结构,利用976nm激光器作为泵浦源,高掺杂掺铒光纤作为增益介质,以低掺杂掺铒光纤作为饱和吸收体,得到稳定的窄线宽激光输出。泵浦功率为200mW时,得到输出功率为21mW,线宽为7.2kHz,波长稳定度为1.26pm,相对强度噪声≤-102dB/Hz1/2。     

基于高功率窄线宽掺镱全光纤超荧光源的光谱合束

全光纤结构超荧光光源各级均采用双包层掺镱光纤作为增益介质,中心波长为976 nm和915 nm的多模半导体激光器作为抽运源,利用窄线宽光纤布拉格光栅对宽带超荧光种子源进行滤波,经三级掺镱双包层光纤放大器放大,实现了中心波长分别为1060 nm和1078 nm的窄线宽超荧光稳定输出,输出功率分别达到57.4 W和56.6 W,斜效率分别为66.6%和66.7%,放大后的窄线宽超荧光光源3 d B光谱带宽均为0.05 nm。利用透射式衍射光栅对两路窄线宽超荧光进行光谱合束,实现了104.2 W窄线宽超荧光输出,合束效率为91.3%,光束质量M21.7。     

一种超窄线宽双向反馈的多波长布里渊光纤激光器

提出一种超窄线宽双向反馈的多波长布里渊光纤激光器。一个2×2的3 dB耦合器连接10 km的普通的单模光纤(SMF)作为布里渊增益环,分布反馈式半导体激光器作为布里渊抽运源,两个光环行器实现多波长激光的输出和反馈,没有加入掺铒光纤线性增益结构。当布里渊功率为80 mW时,在10 km单模光纤中产生受激布里渊散射效应,而获得反向传输的多阶斯托克斯光。不包括抽运光,共观察到12个波长的斯托克斯光输出,波长间隔为0.088 nm,输出激光线宽达300 kHz。     

1030nm千瓦级掺镱光纤窄线宽激光放大器

基于掺镱光纤激光放大器理论模型,分析了掺镱光纤激光放大器中心波长和增益光纤长度等因素对放大发光辐射(ASE)的影响。根据计算结果,优化了1030nm窄线宽光纤激光放大器设计参数。采用主振荡功率放大结构,搭建了基于窄带种子源一级放大器的实验装置,使用25μm/400μm(纤芯直径/包层直径)掺镱光纤实现了中心波长1030nm、3dB线宽0.072nm、最高功率1.01kW的连续激光输出,光-光转换效率为81%,1030nm激光功率占比大于99%。由理论计算和实验结果可知,经过合理的优化设计,采用商用光纤可实现窄线宽1030nm光纤激光器高功率、高效率、高信噪比输出。     

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。     

一种新型窄线宽掺铒光纤激光器

为了实现稳定的窄线宽激光输出,设计了一种基于有源光纤环形滤波器的窄线宽掺铒光纤激光器,对其系统原理和实验分析进行了讨论。在环形腔中熔接一支分光比为50∶50的2×2熔融拉锥型耦合器,并且通过在该耦合器另外两端熔接一段长2 m的有源光纤,构成有源光纤环形滤波器,实现压窄线宽的目的。实验结果表明,在熔接环形滤波器后,输出激光边模得到明显抑制;在0~400 MHz频谱范围内,激光工作在单纵模运转状态;输出激光的3 dB线宽为3.4 kHz。     

1120nm窄线宽掺镱光纤激光器

为了获得窄线宽、高功率、长波长(相对于1030nm~1080nm)的1120nm光纤激光器,采用普通单模掺镱光纤和一对光纤布喇格光栅构建了该光纤激光器的谐振腔,为保证抽运光的完全吸收和避免非线性效应,对有源光纤的最佳长度进行了理论分析和实验验证。结果表明,激光器的阈值抽运功率为40mW、注入抽运功率为265mW时,激光器输出信号光功率35mW,光光转换效率为13.2%,激光器中心波长为1120.9nm,输出激光的谱线宽度为0.03nm。这种激光器的获得是因为采用了高反射率耦合输出光纤布喇格光栅、短谐振腔结构和低功率运转状态。该激光器可作为种子光注入光纤放大器。     

铒镱共掺调频光纤激光器

研究了一种新型的短腔铒镱共掺单纵模调频光纤激光器,推导了该类光源利用零差检测法时功率谱密度的理论表达式,进行了数值模拟,计算出了最大频偏量.激光器是由一段4 cm长的铒镱共掺光纤和两个窄线宽光纤布拉格光栅构成,通过对靠近抽运端光栅的长度调制实现了激光的频率调制.激光器线宽小于400 kHz,输出功率大于3 mW,最大频偏可以达到55 MHz,最大频偏量的实验结果与理论分析一致.     

单纵模窄线宽光纤激光器的研究

单纵模窄线宽光纤激光器已经在石油勘探、光纤传感器和海底通信等领域得到很好的应用。目前可用于实现窄线宽输出的技术主要有使用基于光纤布拉格光栅（FBG）的线宽压缩结构、基于饱和吸收体的模式选择技术以及基于复合腔的激光器结构。为此着眼于如何实现激光器的单纵模窄线宽输出,技术上主要研究应用于两大腔体结构的线宽压缩技术,并在此基础上提出改进方案。     

全光纤窄线宽脉冲激光器

介绍了一种全光纤窄线宽脉冲激光器。该激光器由两部分组成,即脉冲光纤激光器种子和由隔离器、耦合器以及光纤光栅组成的窄线宽脉冲提取装置。脉冲光纤激光器种子是基于半导体可饱和吸收镜(SESAM)为锁模机制的全光纤被动锁模激光器,输出脉冲的光谱宽度约为3 nm。窄线宽脉冲提取部分对脉冲光纤激光器种子输出脉冲的光谱进行提取、窄化,输出脉冲的光谱宽度约为0.1 nm。该激光器操作简单、设备简易,为全光纤结构;不仅可以输出窄线宽光脉冲序列,而且同时还可以输出脉冲光纤激光器种子的光脉冲序列,极大地拓展了脉冲光纤激光器的应用范围。     

窄线宽光纤激光器关键技术研究

文章介绍了实现窄线宽光纤激光器的线宽压缩方法,并采用掺Er^3＋光纤作为增益介质,980nmLD激光器作为泵浦源,直线腔结构,光纤环行镜和光纤光栅共同作为腔镜,实现中心频率在1550nm波段的单频激光输出,并讨论了其关键技术和影响因素,为同类激光器的研制提供了参考。     

1550nm高功率窄线宽光纤放大器实验研究

研制了1550nm高功率窄线宽光纤放大器。实验中以单频窄线宽半导体激光器为信号源,15m长Er^3＋／Yb3＋共掺双包层光纤为增益介质,抽运源采用两支980nm波长大功率激光二极管,抽运阈值功率约0．6W,在抽运功率为10W时,得到放大输出功率为1．1W,光-光转换效率为11％,斜率效率为11．7％,增益大于20dB。采用延迟自外差法测量了种子激光放大前后的线宽,测量得到线宽均为220kHz。信号激光通过光纤放大器后对其窄线宽特性没有影响。     

窄线宽高效率的全光纤Yb^3＋激光器

利用光纤布拉格光栅（FBG）作为腔镜，研制了一种全光纤结构的掺Yb^2 光纤激光器。以泵浦波长978nm的LD作为抽运算，在1060.4nm波段获得了0.14nm的窄线宽激光输出。实验中发现掺Yb^3 光纤长度对激光器的阈值及输出功率均有影响，但光纤激光器的输出线宽保持不变。最大激光输出功率为2.36mW，斜率效率达到22.2%。