高功率掺镱双包层光纤激光器的优化和设计

针对高功率掺杂光纤激光器设计中存在的多个设计参数无法全局最优化的问题,本文提出一种高效灵活的遗传算法对高功率掺镱双包层光纤激光器的六个重要参数（泵浦波长、信号波长、谐振腔的反射率、光纤长度、掺杂浓度、泵浦功率）同时进行多维变量优化。该方法采用一种全局优化算法（遗传算法1,分别讨论了在输出信号功率作为遗传算法中的目标函数时,高功率掺镱双包层光纤激光器的各个系统参数配置。实验结果表明,在所设定的波长范围内,最优的泵浦波长和信号波长分别为975nm和1044nm;最优光纤长度和掺杂浓度有一一对应的取值;谐振腔输入镜面反射率应越大越好,而输出镜面反射率与泵浦功率的大小相关。     

温度调谐掺Yb3+ 双包层光纤激光器研究

实验研究了掺Yb^3＋双包层光纤激光器的温度调谐特性。当光纤的温度从13℃变化到95℃时,输出激光的中心波长从1084．9nm增加到1096．3nm,输出激光功率从0．95W减小到0．58W。波长的调谐范围为11．4nm。理论分析表明,当光纤的温度升高时,高于零点的增益范围向长波方向移动,同时增益呈下降趋势。理论分析可以很好地解释实验现象。     

双包层光纤激光器泵浦阈值的解析表达式

对连续运行时双包层光纤激光器阈值的优化问题进行了分析。从速率方程组出发,在不忽略光纤损耗系数和保留再发射项主导部分的近似条件下推导出了双包层光纤激光器阈值泵浦功率的显函数解析表达式,得到了光纤激光器产生振荡所需的最小光纤长度的显函数解析解;还给出了泵浦光子数密度和上能级粒子数密度沿光纤方向随光纤长度变化的显函数解析解。最后和其他文献中在忽略泵光再发射项和激光损耗的近似条件下得到的结果进行了比较和分析。     

短腔的高浓度掺铒光纤激光器

本文提出采用高浓度掺铒光纤的短腔环形光纤激光器,研制出铋铝共掺和铋镓铝共掺两种石英基高浓度掺铒光纤,这两种掺铒光纤的吸收系数在1530 nm处分别达到了66.3dB/m和59.5dB/m.利用这两种石英基高浓度掺铒光纤,采用环形结构制作出了短腔的光纤激光器,光纤激光器中铒光纤长度分别仅为30 cm和90 cm.对采用这两种高浓度掺铒光纤制作的光纤激光器的输出特性进行了测试和分析.实验结果表明,采用铋镓铝共掺的掺铒光纤制作的光纤激光器具有更高的输出功率和斜率效率,在980 nm泵浦源输出功率330 mW时可以实现15 dBm的激光输出,激光器的斜率效率达到了22%.     

光纤光栅环形镜的全光纤调Q 掺铒光纤激光器

报道一种新型全光纤调Q掺铒光纤激光器,在其结构中采用带有光纤光栅的光纤环形镜作 为调Q装置。此调Q方案同时提供了腔内损耗调制和对激光输出波长选择的功能。与声光、电光等调Q相比,其输出脉冲比较宽。但此全光纤Q开关装置与光纤熔接损耗小,从而克服了体光学调制器与光纤对接时插入损耗高的特点。     

多波长掺镱光纤激光器实验研究

为了产生室温下掺镱光纤激光器稳定的多波长激光振荡,采用两个光纤环镜作为线形腔掺镱光纤激光器的端镜,在其中一个环镜中熔接一段保偏光纤构成梳状滤波器,通过优化掺镱光纤长度和腔损耗,实现了室温下1060nm附近稳定的多波长振荡.实验结果表明,在室温下,掺镱光纤存在比较明显的非均匀加宽效应,从而使得激光器的振荡波长数随泵浦功率的增加而增加.     

Yb^3＋掺杂双包层光子晶体光纤制备研究

本文报道了国内自行研制和制备的以高功率光子晶体光纤激光器为目标的Yb3+掺杂双包层光子晶体光纤.给出了Yb3+掺杂多组分玻璃芯棒和以此为芯的双包层光子晶体光纤的制备流程,工艺和关键技术.对制备的Yb3+掺杂多组分玻璃、双包层光子晶体光纤进行-系列的物理属性、热学和光谱测试,并通过计算分析得到相对优秀的掺杂多组分玻璃配方(Yb3+-(2 mol%)-SiO2(70 mol%)-MgO-CaO-BaO-Li2O-Al2O3(2 mol%)).样品中的Yb3+掺杂双包层光子晶体光纤具有结构规则传光性能良好等优点,为自行开发高功率光子晶体光纤激光器提供材料器件基础.     

基于模式耦合器的锁模掺镱光纤激光器

本文提出了一种可以实现光纤高阶模式(HOM)在激光腔内振荡的锁模掺镱光纤激光器。通过使用一对级联的模式选择耦合器(MSC)作为有效的模式转换器,获得光纤锁模激光腔内HOM产生。其中,制备的MSC中心波长为1064 nm,可实现80 nm的模式转换带宽和94%的高阶模式纯度。通过搭建掺镱锁模光纤激光器,实验获得了3 dB谱宽7.4 nm、脉冲重复频率10.9 MHz、射频信噪比55 dB的锁模脉冲激光,输出功率的斜率效率为2.3%。实验证明,这种方法可在激光器内部通过模式级联转换,且能参与腔内锁模过程获得脉冲HOM激光。     

自调Q掺饵光纤激光器

研制出一种结构新颖的掺饵光纤激光器，该激光器利用线性光纤环形镜和半导体激光器芯片的背向反射镜组成谐振腔。采用半导体激光器芯片作为饱和吸收体，在９ｍＷ的泵浦功率下，该激光器实现了自调Ｑ脉冲输出。输出光脉冲宽度为１２μｓ，脉冲峰值功率约为２２ｍＷ，脉冲序列的重复周期约为６５μｓ。     

阿秒时间抖动的全保偏掺铒光纤激光器

近年来，超稳光生微波和远距离时频同步等高精度、高速科学研究对低噪声飞秒光纤激光器具有迫切的需求。为实现低时间抖动噪声的激光种子源，基于“光积木”结构，设计并搭建了一台重复频率为100 MHz的全保偏掺铒锁模光纤激光器，“光积木”结构可以有效地抑制激光器的机械噪声和重频漂移。采用平衡光学互相关技术，首次从全保偏锁模光纤激光器的出射脉冲中直接进行了高精度的时间抖动测量。该激光器在傅里叶频率10 kHz至1 MHz的积分区间内，积分均方根时间抖动仅为98.36 as。     

用于掺铒光纤放大器泵浦源的高性能980nm InGaAs应变量子阱激光器

利用分子束外延方法研制出了高质量的ＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ庆变量子阱激光器外延材料，其最低的阈值电流密度可达到１２０Ａ／ｃｍ＾２，激光波长在９８０ｎｍ左右。获得了高性能的适合于掺铒光纤放大器用的９８０ｎｍ量子阱激光器泵浦源，其典型的阈值电流为１５ｍＡ，外微分量子效率的典型值和最好值分别为０．８ｍＷ／ｍＡ和１．０ｍＷ／ｍＡ，线性输出功率大于１２０ｍＷ，在２０℃－５０℃的特征温度Ｔ０为１２５Ｋ。器件     

163 fs被动锁模掺Er~(3+)光纤激光器

研制了一种采用非线性偏振旋转锁模效应的被动锁模掺Er3+飞秒激光器。利用性能稳定的980 nm激光二极管(LD)作为抽运光源,以高掺杂Er3+光纤为增益介质,在抽运功率为650 m W时,激光器锁模输出重复频率为31.25 MHz、平均输出功率为70 m W、中心波长为1565 nm、光脉冲宽度为163 fs的稳定飞秒脉冲激光。该激光器易于操作和调节,并且锁模状态稳定可以长时间的运行,其光纤结构更有利于小型化和便携化。     

复合二维材料GO-MoS2锁模掺铒光纤激光器

为了提升MoS2可饱和吸收体在脉冲激光器中的稳定性和工作性能,本论文采用氧化石墨烯(GO)作为胶体表面活性剂,通过LPE的方法剥离出少层MoS2,并进一步开展了少层GO-MoS2用于掺铒光纤激光器(EDFL)锁模的实验研究。在实验中获得了中心波长为1558 nm,重复频率为7.86 MHz,脉宽为1.9 ps的稳定锁模脉冲激光。当泵浦功率为60.5 mW时,输出功率为0.48 mW,脉冲峰值功率为32.1 W。研究证明,采用这种方法制备的新型复合二维材料有利于保持少层MoS2的稳定性,并且能提高MoS2可饱和吸收体的损伤阈值,以获取更大脉冲能量的超快激光。     

宽带铋基掺铒光纤放大器增益及噪声特性研究

利用Er3 离子四能级结构速率方程组和光功率传输方程组,数值模拟了铋基掺铒光纤放大器(EDFA)的增益及噪声特性,模拟结果与实验报道结果取得了很好的一致。同时,详尽地分析了增益及噪声特性与光纤长度、泵浦功率和输入信号功率的关系,优化了放大器的性能,从理论上得出一个20dB增益带宽达76nm、噪声系数接近4dB的铋基EDFA。研究表明了铋基掺铒光纤放大器适合用作于现代DWDM系统中C L波段的光纤放大器。     

光纤陀螺掺铒光纤光源消偏技术

针对泵浦偏振态对高精度光纤陀螺掺铒光纤光源平均波长稳定性产生影响的问题,设计了掺铒光纤光源泵浦消偏的结构,该结构采用Lyot光纤消偏器来对泵浦光进行消偏,理论分析了该结构中Lyot消偏器结构参数的选取.实验验证了掺铒光纤光源的波分复用器具有偏振特性,会影响掺铒光纤光源平均波长稳定性,采用设计的泵浦消偏结构可有效消除波分...     

铒镱共掺磷硅酸盐光纤的制备及其激光性能研究

利用改进化学气相沉积法(MCVD)的反向沉积工艺,结合无铝的溶液掺杂技术,制备了高性能掺磷石英基的铒镱共掺光纤.反向沉积技术表现出了在纤芯中大量沉积磷这类高温下极易蒸发成分上的优势.研究表明,这种光纤中,铒镱离子能量传递效率极高,掺磷的石英基质对于促进镱离子对铒离子的能量传递,抑制镱离子寄生荧光作用明显.最后,搭建了双包层铒镱共掺光纤激光器系统,在光纤长度为4 m时,获得了3.2 W的最大功率输出,斜率效率达30%.     

可调谐掺Yb~(3+)双包层光纤激光器

可调谐掺Yb~(3 )双包层光纤激光器     

高功率双包层Er3+/Yb3+共掺光纤放大器的动态响应

基于速率方程的离散算法,分析了双包层Er3 /Yb3 共掺光纤放大器的动态响应,显示了输出功率和增益的动态特征。当单个脉冲注入放大器时,输出脉冲的峰值功率不仅依赖于输入脉冲的峰值功率,而且依赖于泵浦功率;当脉冲序列注入时,输出脉冲的功率和增益最终将收敛于它们的稳态值。在双信道情况下,输入脉冲重叠时的输出功率和增益变得更陡峭。在连续波泵浦下,反向自发辐射输出功率(ASE-)首先快速地增加到峰值功率,然后单调下降到稳态值;在脉冲波泵浦下,反向自发辐射输出功率(ASE )与光纤长度成反比,而ASE-与光纤长度成正比。     

多模光纤作可饱和吸收体的锁模光纤激光器

本文报道了一种新兴的锁模方式-多模干涉锁模。这种锁模方式结构简单,搭建方便。在单模光纤激光器中熔接二段短的渐变折射率多模光纤,利用这种单模-多模-单模(SMS)结构的模式干涉效应实现可饱和吸收机制,从而实现锁模脉冲输出。SMS结构实现锁模需要对多模光纤的长度进行精确控制,本文提出将SMS结构缠绕进偏振控制器中,通过理论推导偏振控制器对多模光纤中传输光相位的调控,以实现可饱和吸收效应。在263 mW泵浦功率下实现了24.83 MHz重复频率的传统孤子脉冲输出,其脉冲间隔为40.12 ns,信噪比为50.8 dB,中心波长为1881.7 nm。通过调节偏振控制器和泵浦功率实现孤子分子与传统孤子脉冲的转换。在410 mW的泵浦阈值下实现了25 MHz重复频率的孤子分子脉冲输出,其脉冲间隔为40.3 ns,信噪比为54.4 dB,中心波长为1887.60 nm。     

非对称光纤反射镜的可调谐光纤激光器

提出一种非对称窄带光纤环形反射镜结构的可调谐掺铒光纤激光器。980nm泵浦光对掺铒有源光纤进行抽运,高双折射光纤、偏振控制器（PC）和光纤耦合器构成窄带光纤反射镜,窄带光纤反射镜和普通光纤反射镜组成激光谐振腔,利用窄带光纤反射镜工作带宽纳米量级的特性得到单纵模激光。调整偏振控制器改变反射镜对不同波长的反射率,实现可变波长的激光输出。实验表明,该激光器的工作带宽为8nm,120mW泵浦光条件下最大输出功率为4mW,3dB带宽（脉冲的半高宽度）小于0．2nm,边模抑制比为20dB以上,在1527nm～1535nm的波长范围内观察到稳定激光输出。