高功率双包层光纤激光器的受激拉曼散射

受激拉曼散射(SRS)会限制光纤激光器功率的提高。利用光纤激光器的功率传输方程,理论分析了高功率掺Yb3 双包层光纤激光器中的受激拉曼散射效应,得到了纤芯直径、光纤长度、掺杂浓度以及抽运方式对光纤激光器特性的影响。通过分析,得到了增大纤芯直径、减小光纤长度、降低掺杂浓度以及合理的抽运方式可以有效地减小拉曼散射的影响。利用已有的实验结果对理论模型进行了对比,证明了理论模型的正确性。所得的结果对设计实现高功率双包层光纤激光器提供了理论依据。     

包层抽运掺镱光纤激光器中受激拉曼散射和受激布里渊散射效应

高功率光纤激光器大多选用掺镱双包层光纤作为增益介质,由于光纤尺寸较小,极易在光纤谐振腔中产生受激布里渊散射、受激拉曼散射效应。包层掺镱双包层光纤激光器中一旦发生受激拉曼散射和受激布里渊散射效应,其产生高强度信号成为高功率光纤激光器的主要噪声来源,影响激光输出的特性和稳定性。对包层抽运掺镱光纤激光器中的受激布里渊散射和受激拉曼散射进行了实验研究,在单模双包层光纤中观察到受激布里渊散射和受激拉曼散射。实验结果表明,在光纤谐振腔中,抽运方式、谐振腔输出镜损耗、受激瑞利散射对受激布里渊散射的影响较大,尤其是受激瑞利散射为谐振腔提供了附加反馈,不仅压窄激光信号的线宽,而且使得受激布里渊散射的阈值迅速降低。     

掺镱光纤激光器中的自脉冲效应

高功率光纤激光器多选用掺镱双包层光纤作为增益介质。掺镱双包层光纤与普通非掺杂光纤相似,由于纤芯尺寸非常小,一般为几微米至几十微米量级,极容易产生自脉冲效应。进行了大功率条件下掺镱光纤激光器自脉冲效应的研究,观察到不同的自脉冲现象。 研究结果表明,在大功率激光作用下,尽管镱离子不存在浓度淬灭,但是对于大芯径掺镱双包层光纤,与其他三能级系统相同,均存在弛豫振荡引发的饱和吸收自脉冲效应。掺镱光纤激光器中的饱和吸收效应、受激布里渊散射、受激拉曼散射等自脉冲效应不容忽视。     

掺镱全光纤激光振荡器横向模式不稳定与受激拉曼散射的关系

研究了掺镱全光纤激光振荡器中横向模式不稳定效应与受激拉曼散射之间的关系。在纤芯直径为20μm的单端抽运1.5kW级全光纤激光振荡器中,当受激拉曼散射达到一定阈值时,横向模式不稳定效应突然出现,激光器输出功率突然减小,减小的输出功率由包层光滤除器倾泻到谐振腔外。实验发现:受激拉曼散射光谱增强、输出功率减小与包层光滤除器温度上升存在一定的关联;通过缩短光纤长度抑制受激拉曼散射,可以将单端抽运激光振荡器的横向模式不稳定阈值增大到2kW以上。对纤芯直径为25μm的双端抽运激光振荡器进行研究,同样通过抑制受激拉曼散射增大了横向模式不稳定阈值,获得了大于5kW的激光功率输出。实验结果初步验证了在非线性较强的情况下,受激拉曼散射是导致横向模式不稳定的原因,通过抑制受激拉曼散射可以增大横向模式不稳定阈值。     

高功率激光单模光纤远距离传输实验研究

受激拉曼散射（SRS）效应是制约高功率激光单模光纤远距离传输应用的瓶颈因素。采用1550nm非偏振连续波单模光纤激光器作为光源, 通过实验研究了不同注入光功率条件下经过103km单模光纤传输所产生的受激拉曼散射现象,运用级联长周期光纤光栅带阻滤波器进行了受激拉曼散射抑制实验,并进行了相应的理论分析。提出了光纤受激拉曼散射抑制有效性判据,实验演示了受激拉曼散射现象,验证了级联长周期光纤光栅带阻滤波器对受激拉曼散射抑制的有效性。     

高功率光纤激光器受激拉曼散射致模式不稳定研究

通过稳态速率方程和热传导方程建立了高功率光纤放大器热光耦合的有限元模型,利用该模型对受激拉曼散射致模式不稳定效应进行了数值研究。对增益光纤为25/400μm的正向泵浦激光放大器,受激拉曼散射导致激光器信号光高阶模比例上升,当高阶模的比例达到5左右时,模场发生畸变,信号光出现了百毫秒量级的模式耦合,这与实验中观察到光强波动现象一致。本文仿真模型为研究高功率光纤放大器中受激拉曼散射和模式不稳定的关系提供了分析手段。     

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。     

多泵浦拉曼光纤放大器增益均衡的研究

基于受激拉曼散射原理,根据传输方程,用数值解法计算了单泵浦输入时的拉曼光纤放大器的增益;在此基础上,计算了多信道信号输入时,多泵浦拉曼光纤放大器的增益,并和文献的实验结果做了比较;用遗传算法优化泵浦参数以实现多泵浦拉曼光纤放大器的增益均衡。 1     

光纤光栅在高功率连续光纤激光器中的发展及展望

目前光纤光栅在高功率连续光纤激光器中的应用主要有两个方面,一是作为谐振腔腔镜,二是用来抑制激光器的非线性效应。首先论述了光纤光栅作为腔镜技术的发展现状,然后着重论述了能够抑制光纤激光器中非线性效应的特殊光纤光栅的发展状况。并详细描述了倾斜布拉格光纤光栅抑制受激拉曼散射和受激布里渊散射、长周期光纤光栅抑制受激拉曼散射以及相移长周期光纤光栅抑制自相位调制或四波混频等非线性效应引起的光谱展宽的研究进展。最后展望了光纤光栅在高功率光纤激光器领域的发展趋势,认为光纤光栅将朝着更高承载功率与长波长方向发展,同时认为基于飞秒激光刻写的光纤光栅技术、能够同时抑制多种非线性效应的光纤光栅技术、以及基于光纤光栅的光纤激光器激光偏振控制技术等将成为新的研究热点。     

基于打靶和遗传算法模拟多阶级联拉曼光纤激光器

直接采用打靶算法数值求解表征光纤中受激拉曼散射效应的非线性耦合方程组对多阶段联拉曼光纤激光器的输出特性进行仿真,任意设置的各阶Stokes光功率初始值会导致计算过程不收敛.本文提出首先采用遗传算法对各阶的Stokes光功率初值进行优化筛选,解决了各阶Stokes光功率初值选择的收敛性问题,然后利用四阶龙格-库塔及打靶算法进行数值求解,结果表明该方法非常有效.在此基础上,对六阶掺锗级联拉曼光纤激光器进行了数值模拟,并比较分析了光纤长度、输出耦合器反射率、泵浦功率等因素对六阶级联拉曼光纤激光器输出特性的影响.     

高功率光纤拉曼激光器研究进展

随着大功率半导体抽运技术和新型光纤结构的发展,高功率光纤拉曼激光器逐渐成为研究的热点。从锗硅单包层光纤、双包层光纤以及光子晶体光纤拉曼激光器的物理模型入手,介绍了高功率光纤拉曼激光器的基本理论,指出了它们各自的优缺点和最新的研究进展。论述了当前窄线宽光纤拉曼放大器的最新进展、存在的技术难点以及解决方法。展望了光纤拉曼激光技术在高功率激光器方面的发展前景。     

一种级联喇曼光纤激光器数值模拟的新算法

为了优化设计光纤喇曼激光器的各项参量,采用喇曼激光器的基本理论模型模拟,提出了非线性最小二乘法和龙格-库塔法相结合的新算法,解决了模型中存在的两点边值问题,得到了级联喇曼光纤激光器的输出特性以及最佳光纤长度、激光阈值和斜率效率。结果表明,新算法非常有效,数值模拟的结果和相关实验相吻合。     

高功率远程泵浦传输系统的研究

针对远程泵浦传输系统高功率泵浦光传输受限问题,文章基于随机分布反馈光纤激光器的工作原理,创新性地提出了一种新型远程泵浦传输方案,通过高反射率的光纤布拉格光栅增强泵浦光的受激拉曼效应,输出目的泵浦光功率.对新型远程泵浦传输系统的传输性能进行了测试,测试结果表明,实验数据和理论计算数据一致;与传统远程泵浦传输系统相比,新型...     

高功率光纤激光器喇曼效应的数值分析

为了研究掺镱双包层高功率光纤激光器的结构参量对喇曼效应的影响,利用数值模拟方法求解有关抽运光、激光和斯托克斯波的稳态速率方程组,得到了激光和斯托克斯波在光纤轴向的分布特性,以及喇曼阈值抽运功率与光纤激光器结构参量的关系.结果表明,当光纤激光器采用大模面积、短腔长、小斯托克斯波辐射截面和长激光波长的结构参量时,能显著提高喇曼阈值抽运功率,降低喇曼效应.     

高功率1.48 μm国产掺磷光纤级联拉曼激光器

使用20 W/1.06 μm掺镱双包层光纤激光器作为抽运源, 抽运由300 m国产掺磷光纤和光纤光栅构成的级联拉曼谐振腔, 进行了高功率1.48 μm级联拉曼光纤激光器的实验研究。实验研究了不同反射率的输出光纤光栅对拉曼激光阈值和激光效率的影响。结果表明激光阈值随输出光纤光栅反射率的增加而减小。当使用25.7%的输出光纤光栅时, 激光器具有最大的转换效率, 在入腔抽运功率为12.1 W时, 获得了最大2.8 W/1.48 μm连续波激光输出, 相应的激光斜率效率和转换效率分别为31.3%和23.1%。通过监测1.48 μm激光的最大输出功率, 2 h内的功率波动小于5%。     

基于同级多波长喇曼光纤激光器输出特性研究

本文基于喇曼光纤激光器的理论模型,分析了同级多波长喇曼激光器的输入输出功率特性,并通过调节腔镜输出端反射率,实现了最优化等功率输出;同时,在给定泵浦功率时,调节输出端任一腔镜反射率,优化激光输出功率特性。     

6阶掺锗级联喇曼光纤激光器的数值模拟及分析

为了研究多阶级联喇曼光纤激光器的结构参量对输出特性的影响,利用数值模拟的方法对表征多阶级联喇曼光纤激光器的非线性耦合方程组进行了求解,在此基础上,对6阶掺锗级联喇曼光纤激光器进行模拟分析,得到了光纤长度、输出镜反射率、抽运功率等因素与6阶级联喇曼光纤激光器结构参量的关系。结果表明,在抽运功率不变时,光纤长度取300m左右,输出镜反射率取10%左右,阈值功率比较小,可以获得最大输出功率。     

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。