窄线宽光纤激光振荡器研究进展（特邀）

窄线宽光纤激光器在遥感探测、非线性频率转换和光束合成等领域具有重要的应用价值。介绍了窄线宽光纤激光振荡器的典型谐振腔结构及其工作原理,从实现更窄线宽的角度梳理了单频选模技术,从获得更高功率的角度梳理了功率提升技术,综述了窄线宽光纤激光振荡器的研究现状,并对窄线宽光纤激光技术的发展进行了展望。     

高功率线偏振窄线宽光纤激光器TMI抑制

高功率线偏振窄线宽光纤激器在功率光谱合成、相干探测等方面具有广泛的应用前景。在高功率线偏振窄线宽光纤激光器中,模式不稳定(TMI)效应是限制其功率提升的主要因素之一。本文分析了TMI效应对高功率线偏振窄线宽光纤激光器输出功率的影响,提出了TMI效应的抑制方法。文章采用长波泵浦技术,输出功率100mW的单频激光器作为种子源,相位调制器将种子源线宽展宽至25GHz,经三级放大,最终实现了线宽25GHz、功率22 kW、中心波长1064nm、消光比98的线偏振窄线宽激光输出,光束质量M2x=12、M2y=121。分析了泵浦波长对TMI效应的影响:由于光线芯径较小(20μm),增益光纤对泵浦光吸收系数较高(18dB/m@976nm),纤芯温度较高,加上泵浦光量子亏损引入的热,导致纤芯折射率发生变化,较低功率下发生TMI效应,当泵浦波长向长波偏移时,泵浦光的量子亏损降低,同时泵浦吸收系数也降低,无论在光纤全长、还是单位长度上的热分布均减小,增大了TMI阈值,提升了线偏振窄线宽光纤激光器的输出功率。     

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.     

高功率窄线宽光纤激光器的线宽特性

为了实现稳定的窄线宽高功率输出,设计了一种基于级联结构的铒镱共掺窄线宽光纤激光器,对其线宽和稳定性进行了详细讨论.激光器为两级放大结构,预放采用单包层掺铒光纤为增益介质,可起到降低最终输出自发辐射噪声的作用.主放采用铒镱共掺的双包层大模场光纤,可提高受激布里渊散射散射阈值.实验结果表明,激光经过不同放大后的稳定性几乎没...     

基于光谱展宽的高功率窄线宽激光器研究进展

高功率窄线宽连续光纤激光器在科学研究、工业加工和军事功防领域具有广泛的应用价值。在保证激光器输出质量的前提下,不断提升输出功率是高功率激光器不懈追求的关键目标之一。受激布里渊散射效应是制约激光功率提升的关键因素之一,本文针对受激布里渊散射效应展开,重点介绍基于光谱展宽的非线性效应抑制方法的不同方案与效果,综述利用相位调制展宽种子源光谱的发展历程,分析当前存在的问题并展望该技术的发展前景。     

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.     

窄线宽光纤激光器进展

窄线宽光纤激光器在光纤传感、激光倍频、光谱测量等领域有广泛应用。简单介绍了窄线宽光纤激光器的研究进展．详细阐述了窄线宽光纤激光器的各种腔形结构及线宽压缩机制，并对各种方法作了简要的对比。     

有源光纤环形腔进行频率调谐窄线宽激光的方法

本文提出用有源光纤环形腔来获得精确调谐窄线宽激光的新方法，理论分析结果表明：幅值（或相位）调制产生的频宽扩展对腔带宽的影响很小，滤波输出激光的线宽约等于入射光随机初相位决定的线宽，有源腔对滤波输出激光还有光放大作用。     

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。     

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.     

双光纤光栅法-珀腔可调谐窄线宽激光器

基于游标原理,利用一对自由谱宽(FSR)略有不同的光纤布喇格光栅法布里-珀罗腔(FBG-FP)作为模式选择器件,设计了一种新颖的环形腔光纤激光器。从理论和实验上研究了该激光器的特性。通过对可调谐FBG-FP应力调谐,在1552.240～1552.912 nm范围内,以96 pm为平均间距,获得了8个由固定FBG-FP的透射谱所确定的窄线宽稳定激光输出。8个输出波长的平均功率为-17.66 dBm,波动在0.7 dB范围内。当泵浦光的功率为95 mW的时候,输出信号的信噪比均大于50 dB。实验上每隔1 min用光谱分析仪(OSA)对输出光波长自动扫描,记录的输出光波长漂移在数皮米范围内,且功率的波动小于0.1 dB。这种可调谐的窄线宽光纤激光器在光纤通信和光纤传感方面有潜在的应用价值。     

6.7 kW全国产化窄线宽三包层光纤激光器

为了实现高功率光纤激光的窄线宽输出,研究了基于大模场三包层掺镱光纤（LMA-YTF）高功率窄线宽光纤激光的热效应和四波混频(FWM)效应。基于FWM效应模型,仿真分析了大模场三包层光纤(LMA-TCF)放大器光谱展宽的影响因素。建立了LMA-YTF的热分布模型,分析了大模场三包层光纤(LMA-YTF)中第二包层功率占比对光纤温度以及泵浦功率上限的影响,讨论了聚合物涂层导热系数和外部温度对光纤温度的影响,实验对比了不同反向合束器的泵浦功率上限,结果表明第二包层功率占比低的(6+1)×1合束器比(9+1)×1合束器拥有更高的泵浦功率上限。基于全国产化器件搭建了一台三包层光纤激光器,实现了输出功率6.7 kW、3 dB线宽为0.32 nm的激光输出。     

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。     

A widely tunable narrow linewidth semiconductor fiber ring laser

We have demonstrated a novel approach to obtain a 0.1-nm line width laser with 38-dB sidemode suppression by utilizing a 1.3-μm semiconductor optical amplifier in a fiber unidirectional ring that consists of a linear polarizer and polarization controllers. The laser has a low-threshold current of 22.5 mA as well as a wide tuning range of 28 nm. The new approach is applicable to the 1.55-μm region as well. It is expected that nanosecond wavelength tuning speed is feasible using this approach in conjunction with fast electrooptic polarization controllers, short cavities and low-cavity losses     

国产保偏光纤实现5 kW级窄线宽激光输出

<正>高功率窄线宽线偏振光纤激光器作为一种重要的高亮度光源,在引力波探测、频率转换以及光束合成等领域应用广泛。近年来,通过开发受激布里渊散射(SBS)、受激拉曼散射(SRS)等非线性效应和热致模式不稳定(TMI)的抑制技术,国内外同行在窄线宽线偏振近衍射极限光纤激光的研究方面取得了一系列重要进展。2018年,美国IPG公司基于全保偏光纤结构实现了2 kW窄线宽线偏振激光输出。2022年,中国工程物理研究院先后报道了4.45 kW和5 kW级近衍射极限窄线宽保偏光纤放大器。近年来,国防科技大学持续进行高功率窄线宽线偏振光纤激光的研究工作,2016年,课题组采用级联正弦相位调制技术,     

High efficient and narrow linewidth fiber laser based on fiber grating Fabry-Perot cavity

A high Er3+-doped narrow linewidth fiber laser based on fiber Bragg grating Fabry-Perot cavity was demonstrated. The spatial hole burning effect was restrained by a fiber Faraday rotator. Two short fiber Bragg grating Fabry-Perot cavities as narrow bandwidth filters discriminated and selected laser longitudinal modes efficiently. A stable single-frequency 1534.83 nm laser was acquired. Pumped by two 976 nm laser diodes and two-ended output, the fiber laser exhibited a 12 mW threshold. Total 39.5 mW output power and one end 22 mW output power were obtained at the maximum 145 mW pump power. Optical-optical efficiency was 27% and slope efficiency was 29.7%. The output power seemed to be saturated when pump power increased. The 3 dB linewidth of the laser was less than 7.5 kHz, measured by the delayed self-heterodyne method with 15 km monomode fiber. The high power narrow linewidth fiber laser can be used in high resolution fiber sensor systems.     

Tunable and narrow linewidth multi-wavelength Brill- ouin-erbium fiber laser using dual-wavelength pumping

We demonstrate a multi-wavelength Brillouin-erbium fiber laser (BEFL) with narrow linewidth and tunable wavelength interval using dual-wavelength Brillouin pumping. The generation of multi-wavelength output in BEFL is based on the combination of stimulated Brillouin scattering (SBS) and four-wave mixing (FWM) effect in a fiber cavity. The tunable wavelength interval is determined by the artificially controlled wavelength interval of the pumping lasers. The BEFL could compress a 1 MHz pump laser to a 340 Hz Brillouin Stokes laser, which proves the BEFL has excellent capability of linewidth compression. An erbium-doped fiber pumped by 980 nm laser is inserted into the cavity to further amplify the Brillouin laser. The wideband multi-wavelength BEFL covering over 50 nm is successfully generated when the 980 nm pump power is 400 mW. These features of multi-wavelength BEFL provide an effective method for optical communication systems and optical fiber sensing.     

一种新颖的自反馈光注入单频窄线宽光纤激光器

报道一种基于自反馈光注入的单频窄线宽光纤激光器。激光器采用线形腔结构,用高掺杂Er3+光纤作为增益介质,利用输出信号光分束反馈与腔内振荡激光干涉,形成折射率光栅与增益光栅共同作用选择纵模,获得稳定的1 549.85 nm单频窄线宽激光输出。在975 nm单模激光二极管(LD)抽运下,激光器的抽运阈值光功率为13 mW。当抽运光功率为112 mW时,最大输出信号光功率为30.6 mW,对应的光-光转换效率为27.3%,斜率效率为30.2%,信噪比大于50 dB。采用延时自外差方法测量线宽,当使用30 km单模光纤延迟线时,测量得到激光器的3 dB线宽为4.0 kHz。     

窄线宽的外腔半导体激光器

介绍了使用闪耀光栅作为光反馈元件,与原始线宽大于1200GHz的半导体激光器构成的Littrow型外腔半导体激光器,极大地改善了激光器的性能。实验得到了功率恒定、模式单一稳定、线宽优于1.2MHz的激光输出,压窄线宽比为106,并针对Littrow型外腔结构提出了简洁、紧凑的复合型外腔方式。