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。     

掺钕保偏光纤激光器腔内倍频实验研究

从双包层光纤激光器的速率方程和光传输方程出发,数值模拟得到泵浦功率20 W时最佳增益光纤长度。在此基础上,采用线型直腔结构,通过透镜耦合的方式,用808 nm半导体激光器对掺Nd3+熊猫型保偏双包层光纤进行端面泵浦,获得1060 nm连续偏振的基频光输出,其线宽小于5 nm,光-光转换效率达到50%;之后,采用腔内插入KTP晶体的方式对基频光进行倍频获得530 nm的绿光输出,其线宽小于3 nm,倍频效率达到20%。在20 W的入纤功率泵浦下,得到2 W的530 nm连续绿光输出。     

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。     

1064 nm波段泵浦掺铥光纤激光器的理论研究

文章对1064 nm波段泵浦掺铥光纤激光器进行理论分析,以获得到对实际研究有用的结论.先从理论分析计算了1064 nm泵浦掺铥光纤激光器的粒子速率方程和传输方程,并在传输方程中考虑了泵浦光和激光本征吸收影响.利用matlab软件理论模拟不同长度光纤的正反向泵浦光和激光在光纤中的分布.模拟讨论了输出功率与最佳光纤长度的关系,以及激光本征吸收系数和掺铥离子浓度对输出功率的影响.最佳光纤长度时的激光输出功率最高.考虑激光本征吸收是合理的,较小的本征吸收有较高的最大的输出功率.存在一个最佳的掺杂离子浓度使得输出功率最大.     

国产掺镱双包层光纤激光器的研究

高功率光纤激光器在定向能领域有着重要的应用.为了研究双包层光纤激光器的输出特性,采用数值模拟和实验研究的方法,进行了理论分析和实验验证.用国产大芯径掺镱光纤搭建了双包层光纤激光器,获得了1092nm的激光输出,功率为1.6W.结果表明,光纤最佳长度与后腔镜和抽运功率有很大关系,通过优化设计后腔镜,选取最佳后腔镜信号光反射率R2,可获得最大激光功率输出,提高激光器效率,获得特定的稳定的纵模输出,优化系统的性能.     

基于双包层光纤光栅的掺镱双包层光纤激光器

通过求解速率方程,得到了掺镱双包层光纤激光器输出光功率和泵浦阈值功率表达式,分析了腔镜反射率、光纤长度对激光器阈值功率和输出激光功率的影响.采用相位掩模法在双包层光纤上直接写入光纤布拉格光栅,以此作为光纤激光器后腔镜,研制了稳定输出的掺镱双包层光纤激光器.试验得到了波长1 083.25 nm,线宽0.112 nm,最高输出功率1.07 W的稳定激光输出,泵浦阈值173 mW.     

2μm掺铥光纤激光器连续和调Q运转的实验研究

采用二色镜和可变透过率腔镜作为谐振腔,实现了790nm半导体激光器端面泵浦下的双包层掺铥光纤激光器的连续和调Q运转。连续激光运转实验结果表明,在光纤长度和泵浦功率固定时,增益光纤存在激光输出功率最大情况下的最佳输出透过率,在70%最佳透过率时,得到激光中心波长1 930nm、输出功率5.9 W,斜率效率为46%。采用石墨烯分散液作为可饱和吸收体,插入增益光纤与输出镜之间,实现了掺铥光纤激光器的稳定被动调Q运转。当泵浦功率为3.4 W时,获得最大平均输出功率为39mW,对应的脉冲宽度为0.9μs,脉冲重复频率为67kHz,单脉冲能量为210nJ;平均输出功率、脉冲宽度与泵浦功率近似呈线性关系。     

保偏光纤激光器的实验研究

从耦合波方程出发,对掺钕光纤激光器输出功率沿光纤的分布进行了数值模拟,并对掺钕光纤激光器所需要光纤的最佳长度进行了分析.以808 nm半导体激光器为抽运源,掺钕双包层保偏光纤为增益介质,使用对808 nm高透,1060 nm高反的二色镜和垂直切割的光纤端面(4%的菲涅耳反射)构成法布里-珀罗(F-P)光学谐振腔,对保偏光纤激光器进行了实验研究.实验中测量了掺钕光纤的荧光光谱,并就不同抽运电流对激光器输出功率和偏振特性进行了研究,在波长1060 nm处得到了7.5 W的激光输出,斜率效率为56%.     

1053nm超短脉冲光纤激光的产生

为了研究环形腔掺Yb3+光纤激光器的输出特性,采用两个波长为976nm的半导体激光器作为超短脉冲激光器的抽运源,利用非线性偏振旋转锁模技术,实现了激光器的自起振锁模运转.实验中通过调节掺杂光纤的长度和偏振控制器波片的位置实现了锁模脉冲的波长调谐,在掺杂光纤长度为1.6m时,获得了波长为1053nm、最大输出功率为9.5mW、光谱宽度为6nm、重复频率为23.7MHz的超短光脉冲输出.实验结果与分析表明,采用调节光纤的长度和偏振控制器可实现超短脉冲光纤激光器的波长调谐.     

940nm LD泵浦双包层掺镱光纤激光器的实验研究

对940nm半导体激光器泵浦的掺镱双包层光纤激光器进行了实验研究.在双端泵浦下,采用两种不同的腔结构对光纤激光器的输出特性进行研究.以光纤两端面构成平-平(F-P)腔获得了总功率为10.1W的连续激光输出,斜效率达40.5%,输出激光的光谱范围为1092～1103nm;以二色镜和光纤反馈端面构成平-平腔,获得单端输出功率为6.42W的连续激光输出, 输出激光的光谱范围为1091～1105nm,在此输出功率下测得功率不稳定度为1.6%(RMS).     

被动调Q锁模掺镱光纤激光器

报道了基于偏振旋转技术等效快可饱和吸收体的被动调Q锁模光纤激光器,采用976 nm半导体激光器作为抽运源,高掺杂浓度的Yb3 光纤作为增益介质构成环形腔,通过调节抽运光功率和偏振控制器的角度得到了调Q,调Q锁模与锁模三种稳定的输出脉冲。获得的锁模脉冲中心波长为1.05μm,重复频率为20 MHz,脉冲光谱宽度为13.8 nm,抽运功率为270 mW时,锁模平均输出功率为15.82 mW;调Q频率为17.54 kHz,调Q脉冲宽度为8μs,光谱宽度为4.7 nm;调Q锁模中调Q重复频率为300 kHz。     

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。     

正交增益型被动调Q激光器的设计与实现

为了改善被动调Q激光器输出不稳定的现象,利用Nd:YVO4具有增益方向性的特点,使用电光晶体将线偏振光光矢量方向旋转90,实现腔内增益突变,进而实现被动调Q稳定输出。利用该方法,在LD连续泵浦Nd:YVO4被动调Q实验中,当耦合输出镜反射率为80%,饱和吸收体初始透射率为83.06%,泵浦功率为22 W时,输出功率为4.68 W,调Q序列脉冲的重复频率为49.16 kHz,脉冲宽度为26.28 ns。并且在泵浦功率从10~22 W的情况下,获得了稳定的被动调Q激光输出。脉冲幅度波动性低于2.4%,脉冲时间波动性低于5%,重复频率的不稳定性低于1%,光光转换效率斜效率达到21.27%,斜效率为34%。     

利用半导体可饱和吸收镜实现的全光纤被动锁模激光器

设计了包含半导体可饱和吸收镜(SESAM)、单包层高掺Yb增益光纤和光纤布拉格光栅(FBG)的全光纤激光器,实现了皮秒级,中心波长约为1064 nm,3 dB线宽约为0.4 nm,重复频率约为17.3 MHz的稳定的连续(CW)被动锁模脉冲输出。观察并分析了输出激光随抽运功率升高和降低的变化过程,升高过程中连续锁模启动时抽运功率阈值为50 mW,降低过程中能够实现稳定锁模的最小抽运功率为37 mW。随着抽运功率的加大,首先出现调Q现象。然后出现连续锁模,并伴有很小幅度的调Q现象。继续加大功率,脉冲会出现分裂;抽运功率越大,单脉冲分裂成的多脉冲越多,多脉冲调制越强。在较少脉冲演变为较多脉冲的过程中,会出现调制的不稳定性。当抽运功率足够大时.会出现多脉冲个数及峰值的不稳定现象。半导体可饱和吸收镜被动锁模会使输出激光谱线加宽,随着抽运功率的加大和锁模的加强,输出激光谱线逐渐加宽。随着脉冲分裂个数增多,单个脉冲脉宽变窄。在多脉冲调制阶段,外界微扰会对系统产生一定影响。     

激光二极管双端抽运声光调Q高重复频率Nd:GdVO4激光器

激光二极管(LD)抽运的固体激光器(DPSSL)的调Q器件是获得高重复频率、高峰值功率的有效手段之一,随着激光雷达、激光加工业的发展,要求调Q器件向着更高重复频率的方向发展。Nd∶GdVO4以其优异的物理和激光特性,使得它在激光二极管端面抽运固体激光器的声-光(A-O)调Q器件中,即使在很高的调制重复频率下,仍可获得窄脉宽、高峰值功率的脉冲激光输出。理论分析了影响脉冲激光的输出能量和脉宽大小的决定因素,研究了脉宽、平均输出功率及峰值功率随调Q重复频率的变化关系。利用双激光二极管双端抽运Nd∶GdVO4晶体棒,实现了声-光调Q高重复频率窄脉宽1063 nm激光输出。在晶体入射端面总抽运功率约43 W条件下,当重复频率f=10 kHz时,获得脉宽Δt=10.2 ns,单脉冲能量E=0.95 mJ,峰值功率PM=93.1 kW的输出;在重复频率f=100 kHz时,获得Δt=28.1 ns,E=0.10 mJ,PM=3.6 kW的结果。     

高重频风冷声光调Q光纤激光器实验研究

为了实现功率稳定的风冷高重频脉冲光纤激光器,采用主振荡功率放大结构,对声光调Q的全光纤激光器进行了研究.振荡级采用声光调Q方案,以光纤光栅对为激光器腔镜,915nm激光二极管连续抽运,得到了中心波长1064nm、重复频率10kHz到130kHz可调的激光脉冲输出.采用两级大模场双包层光纤放大,实现了平均功率101W、脉冲宽度328.1ns、3dB光谱宽度0.6nm的激光输出.第二放大级光光转换效率69%,激光器总光光转换效率达62.7%.分析了声光调Q产生的宽种子光脉冲经放大后发生波形畸变的原因.结果表明,采用915nm抽运波长提高了激光器输出激光功率稳定性,在风冷的情况下输出功率长期稳定性优于2%.     

一种声光调Q窄脉宽小体积激光器

为了构建一种声光调Q的窄脉宽小型Nd:YVO₄激光器,从主动调Q速率方程出发,分析了抽运速率、重复频率、输出镜透过率对脉宽的影响。该激光器采用简单的平平腔设计,LD端面抽运高增益的Nd:YVO₄激光晶体,在谐振腔内插入一个微型的声光调Q开关,作用长度约为7mm,谐振腔腔长13mm,输出镜的透过率为70%。结果表明,在抽运功率为4.21W、重复频率20kHz时,获得了单脉冲能量20μJ、脉冲宽度1.65ns、峰值功率为12kW的1064nm激光输出。此结果说明,用微型声光调Q开关来构建短腔获得窄脉宽输出是一种切实可行的方案,且该器件还可以作为大功率激光器的种子源。     

不同浓度Ti:Bi2Te3的调Q光纤激光器

基于二维材料的非线性光开关是调Q光纤激光器的核心器件,二维材料光开关的浓度会直接影响其非线性光学吸收特性,从而改变脉冲的时域特性。因此,针对二维材料浓度对调Q光脉冲的影响进行了研究,并通过实验制作了基于不同浓度Ti: Bi₂Te₃可饱和吸收光开关,分析了Ti: Bi₂Te₃浓度对非线性光学吸收特性的影响,获得了调Q光脉冲的调制深度、脉冲宽度、重复频率和单脉冲能量随不同浓度Bi₂Te₃的变化关系。最终,针对谐振腔参数对Ti:Bi₂Te₃浓度进行优化,在泵浦功率为71 mW时,获得了中心波长为1 560 nm、脉冲宽度为8 μs,重复频率为14.2 kHz、平均输出功率2.15 mW、对应单脉冲能量为151.4 nJ的脉冲输出。     

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.     

高单脉冲能量被动调Q锁模Tm,Ho: LLF激光器

报道了一种采用氧化石墨烯作为可饱和吸收体的二极管泵浦的被动调Q和调Q锁模运转的Tm, Ho: LLF激光器。采用透过率分别为3%、5%和9%的输出镜,首先研究了Tm, Ho: LLF激光器的连续运转特性。实验和模拟结果均表明采用透过率为9%的输出镜输出特性最好,当最大泵浦功率为20 W时,连续光输出功率高至1793 mW。接着以氧化石墨烯为饱和吸收体,采用透过率为9%的输出镜研究了Tm, Ho: LLF激光器的调Q和调Q锁模特性。实验表明:当790 nm LD泵浦功率小于7.26 W时,激光处于单纯调Q运转状态;当大于7.26 W时,激光器进入稳定的调Q锁模状态,当最大泵浦功率为20 W时,最大输出功率为1052 mW,锁模重复频率为53.19 MHz,对应的平均单脉冲能量为19.77 nJ,该单脉冲能量是目前2 μm锁模激光器的最高指标,同时证实了氧化石墨烯材料在大能量高功率激光锁模中是发展潜力优良的二维锁模材料。