三点抽运的高功率双包层光纤激光器优化设计

采用侧面抽运技术的三点抽运的高功率双包层光纤激光器是多点抽运的高功率双包层光纤激光器中最简单最基本的形式。为了研究其抽运参数的优化,以便在相同的抽运光功率下获得最大的激光输出功率,首先从掺Yb双包层光纤激光器的速率方程出发,得到了总体抽运损耗功率的表达式,然后根据总体抽运损耗功率最小化的原则,对三点抽运的高功率双包层激光器进行了优化设计,得到了最优抽运点选取的解析表达式。数值仿真分析表明,优化后的光纤激光器输出功率较优化前有所提高,尤其是对于优化前抽运光的总体损耗功率较大时更为明显。三点抽运的高功率双包层光纤激光器的优化结果很有意义,也为多点抽运的双包层光纤的优化设计提供了思路。     

多点抽运的双包层光纤激光器数值分析研究

为了对多点抽运的高功率双包层光纤激光器进行深入的理论分析,从掺Yb双包层光纤激光器的速率方程和边界条件出发,对多点抽运的双包层光纤激光器的数值分析方法进行了研究。通过坐标比例变换和抽运光与激光的连续性边界条件变换,将多点抽运的高功率双包层光纤激光器的数值分析模型转化为两点边值问题,然后利用两点边值问题的数值分析方法有效地进行求解,得到了抽运光和激光沿双包层光纤的分布。通过对多点抽运的双包层光纤激光器进行数值分析,不仅得到了激光器的输出功率,还能够得到抽运光损耗以及激光损耗数值大小等数据,有助于多点抽运的双包层光纤激光器的优化分析和设计。结果表明,该数值分析方法对多点抽运的双包层光纤激光器的深入研究非常有意义。     

分布式侧面耦合包层抽运光纤激光器数值模拟

研究了新型分布式侧面耦合包层抽运光纤激光器的特性。通过建立相互耦合的速率方程组,对分布式侧面耦合包层抽运光纤激光器进行了数值仿真。通过数值模拟与端面抽运双包层激光器进行对比,分别得到了两种模型的抽运光光场分布和输出激光分布,以及探讨了最佳光纤长度等激光器特性参数。结果显示,分布式侧面耦合包层抽运光纤的信号光纤中抽运光分布比较均匀,两端的热负荷较小,激光产生的线性度很好,热量能够分散到整根光纤,在高功率激光器的应用中具有较大的优势,这为更大功率光纤激光器的实现提供了新的思路。     

多点抽运双包层光纤激光器理论及数值分析

大功率双包层光纤激光器采用分布式多点抽运有利于功率扩展和输出特性的优化.采用数值模拟的方法分别计算了正向多点抽运和反向多点抽运,得出了不同抽运光反射限制和不同的光纤长度条件下抽运点数与输出功率的关系,以及不同抽运点数和不同抽运光反射限制下的光纤最佳长度,并进一步得出,多点抽运时,通过在双包层光纤内包层写入光栅的方法对抽运光进行反射限制可以大大改善光纤激光器的输出特性.这些结论对多点抽运双包层光纤激光器的结构优化具有指导意义.     

双包层Yb/Er共掺光纤激光器的特性研究

对980nm抽运的双包层Yb/Er共掺光纤激光器进行了数值模拟,分析了稳态情况下光纤中上能级粒子数,抽运光功率,信号光功率沿光纤轴向的分布.计算了激光器输出功率与光纤长度的关系,激光器输出腔镜反射率与输出功率的关系.根据数值模拟的结果,采用4m长的铒镱共掺双包层光纤作为增益介质,反射率为15%的双包层光纤光栅作输出腔镜组建了全光纤激光器,其斜率效率为40%.在3.4W的最大抽运功率下,得到了1.25W的激光输出,输出光谱宽度为0.49nm.     

级联拉曼激光器的二阶近似解

利用非线性方法可以得到级联掺磷拉曼光纤激光器的二阶近似解.将描述抽运光和斯托克斯(Stokes)光沿光纤分布的微分方程组简化成代数方程组,在此基础上对抽运光采用二阶非线性近似得到了不同输入抽运功率情况下的近似解,并求出了在二阶非线性近似下的一级Stokes光和二级Stokes光的阈值表达式.利用得到的二阶近似解同一般的数值解法作比较,结果表明两者吻合得很好.一方面,对于双波长输出的级联掺磷拉曼光纤激光器,二阶方法比线性方法更加精确,更接近于一般的数值解;另一方面,该方法有效提高了数值运算速度,优于一般的数值方法.     

双包层光纤激光器速率方程的解析求解问题

为了求得用于研究双包层光纤激光器输出特性的更为精确的解析解,根据稳态速率方程组,针对典型的双包层光纤激光器参量,在估计了上能级粒子再发射项和抽运光产生的影响后,采用保留再发射贡献主导部分的办法以提高可积分近似方程的精确度,明确地提出了要获得光纤激光器输出功率的解析表达式的关键在于求出损耗系数与光场乘积的积分值,简洁地求得了输出功率和抽运光斜线效率的显函数解析表达式,并对其相关问题进行了讨论,以915nm,920nm和975nm的抽运光为例,当输出激光为1090nm时,得出975nm抽运光产生的斜率效率最高并可高达约87%.结果表明,所得解析解适用于研究腔长范围更广的光纤激光器的输出特性.     

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。     

掺铒光纤激光器输出特性的研究

在一定的条件下,确定了掺铒光纤激光器的最佳光纤长度和激光器两个腔镜的最佳反射率,设计出的光纤激光器的输出特性可以得到优化。根据掺铒光纤激光器的速率方程,对线型腔光纤激光器的输出特性进行了理论分析,得到了光纤激光器在稳态条件下的输出功率,阈值抽运功率和斜率效率的解析表达式。对光纤激光器的输出特性进行了数值模拟,得到了泵浦功率为20mw,饵离子掺杂浓度为400 ppm,掺铒光纤长度为1.5m,光纤环形镜反射率为1,光纤光栅反射率为0.5时,光纤激光器的输出功率和斜率效率较大,阈值抽运功率较小。为光纤激光器的优化设计提供了理论依据。     

解析求解双包层光纤激光器中受激喇曼光的阈值

为了研究斯托克斯光产生的振荡对激光输出功率的限制,采用对双包层光纤激光器的速率传输方程进行近似的解析求解的方法,得到了在斯托克斯光达到阈值时,光纤中激光功率以及激光器抽运功率的解析表达式.通过对解析表达式的分析,结果表明,可以通过缩短光纤长度来提高产生斯托克斯光的阈值和提高抽运光效率的方式使激光功率得到进一步提高.     

水柱导引抽运光纤激光器端面热效应分析

为了解决大功率光纤激光器严重的端面热效应问题,采用水柱导引抽运光的抽运新方法。在该抽运形式中,抽运光被耦合进由喷嘴喷出的高速水柱中,水柱以波导形式导引抽运光进入光纤。对普通端面抽运和水柱导引抽运两种抽运形式的双包层光纤激光器的抽运端的热效应进行了理论计算和分析比较,抽运功率为800W时,光纤端面温度从普通端面抽运时的250℃下降到30℃,基本接近环境温度,光纤侧面的温度也大大地降低。结果表明,水柱导引抽运冷却效果显著,特别是光纤的抽运端得到了很好的冷却,可有效地解决大功率光纤激光器的端面热损伤问题。     

熔锥型光纤侧面泵浦耦合器的研究

该文采用泵浦光纤预拉方法得到一款泵浦耦合效率82%,信号光通过率98%,信号输入与泵浦输入隔离度33 dB,泵浦光反向隔离度24 dB的高效熔锥型侧面泵浦耦合器。将该耦合器应用于自制的20 W脉冲激光器,实现了峰值功率为7 kW的稳定激光输出。研究结果表明,所研制的熔锥型光纤侧面泵浦耦合器在高功率光纤激光器和光纤放大器中具有很好的应用前景。     

Theoretical characterization of Raman oscillation with intracavitypumping of fiber lasers

Theoretical results relating to the generation of continuous-wave (CW) output from fiber lasers that are internally pumped with light generated from the stimulated Raman effect are presented. This investigation establishes the important fiber and resonator parameters, such as the fiber length and glass composition, dopant concentration, and pump power required to realize this new form of fiber laser arrangement. Three examples are studied: the Ho³⁺-doped silica fiber laser that is pumped at a wavelength of 1.15 μm, the Er ³⁺-doped silica fiber laser which is pumped at 1.48 μm and, the Tm³⁺-doped silica fiber laser which Is pumped at 1.625 μm. These three examples cover first Stokes pumping, second Stokes pumping, and first Stokes pumping with direct dopant absorption of the pump light, respectively. The simulations involve the use of simple numerical models comprising the spatially dependent field propagation equations (under the slowly varying field approximation) and the rate equations for the population densities. It is established that intracavity Raman pumping of fiber lasers with first Stokes radiation is efficient when the losses at the pump, Stokes and laser wavelengths are kept low (<10 dB/km). It is also established that second Stokes pumping is, even with direct absorption of the pump light, theoretically quite efficient and, as a result, the Er³⁺-doped silica fiber laser which is pumped with second Stokes radiation at 1.48 μm may provide the best demonstration of intracavity Raman pumping     

Analysis of distributed erbium-doped fiber amplifiers with fiber background loss

An accurate model for erbium-doped fiber amplifiers with fiber background loss applicable to the unsaturated gain regime is presented. Exact analytical solutions are derived for the output pump power, gain, and amplified spontaneous noise as a function of input pump power in the cases of unidirectional or bidirectional pumping. An exact relation is also derived between the pump threshold and the pump required for fiber transparency. Such expressions are particularly useful to model distributed fiber amplifiers and to determine the optimal fiber parameters corresponding to a given pumping scheme. As an example, the analytical solutions are used to study the pump power requirement for distributed fiber amplifiers unidirectionally pumped at 1.48 mu m, and to determine an optimum Er/sup 3+/ absorption coefficient.<>     

Using multiple mutually incoherent fiber lasers to pump a coherentsignal beam in an optical parametric oscillator

We use three-dimensional numerical modeling to show that multiple mutually incoherent lasers can be used to pump a single resonated coherent signal beam in an optical parametric oscillator (OPO). We consider as an example an OPO based on periodically poled lithium niobate pumped noncollinearly by CW Yb-doped fiber lasers. Our modeling, which neglects thermal lensing, is appropriate when the average power is kept low by chopping or pulsing the pump beams at a low duty cycle. We find that a signal beam can be produced with near-diffraction-limited beam quality and power considerably exceeding that of a single pump laser     

单级结构C+L波段掺铒光纤宽带光源

报道了利用双向抽运单级掺铒光纤结构研制的高效率C L波段放大自发辐射(ASE)宽带光源。实验表明,该结构在一定的掺铒光纤长度范围内,均可通过调节前后向抽运功率来获得带宽达80 nm(1525~1605 nm)光谱平坦的C L波段宽带光源。光源的抽运转换效率与掺铒光纤长度、前后向抽运功率分配有关。选择所需的最短掺铒光纤长度制作光源,既可以节省光纤,降低成本,还可以提高抽运转换效率。利用该光源结构获得了输出功率为13.5 dBm,抽运转换效率达23.2%的高效率C L波段放大自发辐射宽带光源。     

泵浦波长对掺Yb3+双包层光纤激光器的影响

通过求解速率方程，得到了线形腔掺Yb^3 双包层光纤激光器输出光功率、泵浦阈值、斜率效率的表达式，分析了泵浦波长对激光器性能的影响。采用线形腔结构，研制了掺Yb^3 双包层光纤激光器，用不同波长的半导体激光器列阵做泵浦源进行了实验研究，理论与实验基本吻合。     

光纤激光器弛豫振荡特性研究

根据光纤激光器瞬态的速率方程,对F-P腔光纤激光器的瞬态输出特性进行了理论分析.采用数值计算方法对不同长度、不同腔面反射率、不同抽运功率下光纤激光器输出的弛豫振荡特性进行了模拟分析.结果表明弛豫振荡频率随光纤长度增加而减小,但是随抽运功率的变化很小.弛豫振荡幅度随抽运功率上升而增加,振荡的衰减时间随激光器腔镜的反射率的增加而上升,但是不随抽运功率变化.进行了975 nm抽运的Er/Yb共掺双包层光纤激光器的实验,实验表明理论分析得到的基本特性是合理的.