113W主振荡功率放大结构1018nm全光纤激光器

高亮度抽运源和有效的热管理方案是实现高功率光纤激光输出的关键。受限于目前高亮度激光二极管的制造工艺水平,由激光二极管直接抽运的掺镱光纤激光器输出功率一直停留在千瓦级水平。采用1018nm光纤激光对掺镱光纤进行同带抽运,可在提高抽运源亮度的同时降低掺镱光纤内的热负荷,被公认为是进一步提升掺镱光纤激光器输出功     

切换式双波长激发在掺镱和铒镱共掺复合式光纤激光器中的实现

抽运旁通腔型的掺镱光纤(YDF)激光器内剩余的抽运光功率随着入射抽运功率的变化呈现出光学双稳特性,这导致了用它来抽运另一个分叉腔的铒镱共掺光纤(EYDF)增益介质可获得第二个信号波长激发的可能性。根据这一原理,从实验上获得了1040 nm和1537 nm两个激发线的可切换振荡,这表明基于掺镱光纤激光器光学双稳态的复合腔结构(掺镱光纤激光器的抽运旁通腔和铒镱共掺光纤分叉腔)是实现切换式双波长光纤激光器光源的一个简单有效的方法。     

Yb~(3+)光纤放大器

模拟计算了在 910nm抽运下掺镱光纤放大器 (YDFA)的增益、饱和与噪声特性 ,分析表明 ,975nm处反向传播的ASE是抑制放大器小信号增益并影响其噪声性能的重要因素。     

超宽带ASE光纤光源研究

报道了一种简单结构的超宽带ASE光纤光源,采用两个相同的980 nm半导体激光器对同一段掺铒光纤进行抽运,通过选择合适的掺铒光纤长度及调节两个抽运源的抽运功率,获得了带宽大于80 nm、输出功率21 mW的C L波段的ASE荧光输出。     

980nm光纤激光器发展现状与展望

980nm波段的掺镱光纤激光器因有望获得高亮度激光输出,代替980nm波段的半导体激光器成为掺铒/镱光纤激光器高亮度的抽运源而备受关注。从980nm波段光纤激光器广泛使用的4类增益光纤——单模单包层掺镱光纤、常规双包层掺镱光纤、JAC(Jacketed air-clad)掺镱光纤以及超大纤芯掺镱光子晶体光纤出发,对国际上各研究机构所做的工作进行了综述,介绍了其实验进展和存在的问题。最后就980nm波段光纤激光器的未来发展方向进行了探讨。     

超宽带ASE光纤光源研究

报道了一种简单结构的超宽带ASE光纤光源，采用两个相同的980nm半导体激光器对同一段掺铒光纤进行抽运，通过选择合适的掺铒光纤长度及调节两个抽运源的抽运功率，获得了带宽大于80nm、输出功率21mW的C L波段的ASE荧光输出。     

高功率级联抽运掺镱光纤激光器研究进展

针对半导体抽运的掺镱光纤激光器功率进一步提升面临的主要问题,分析了级联抽运方案在实现更高功率输出方面的优势和不足。简要回顾了光纤级联抽运技术的发展历程,重点介绍了掺镱光纤激光级联抽运的关键技术、研究现状和最新进展。针对级联抽运面临的抽运吸收和非线性效应问题,分析了下一步的研究方案和技术路线。并对级联抽运技术有望获得的新应用进行了简要介绍。     

脉冲光纤放大器中放大自发辐射对光纤储能的影响

在高功率脉冲光纤放大器中,由于增益介质长,抽运功率高,脉冲间隔产生的放大自发辐射(ASE)严重限制了光纤储能能力和可提取能量的提高。针对低重复频率、强抽运的条件,以稳态速率方程为理论基础建立了脉冲放大器模型,利用理论模型对脉冲放大器性能进行了分析,着重讨论了不同的数值孔径、激光功率填充因子、端面反射率、纤芯直径、光纤长度、抽运功率等参数对放大自发辐射的影响。讨论了光纤的储能、增益和可提取能量等的变化规律,给出了掺镱光纤中最大可提取的单脉冲能量以及放大器增益。     

掺镱光纤放大器的实验研究

介绍了利用国产掺镱光纤设计的掺镱光纤放大器的放大特性,分别把单频二极管抽运固体激光器(DPL)和窄线宽的半导体激光器(LD)产生的单频激光注入到掺镱光纤放大器中,对连续信号采用静态和交流调制两种形式进行放大,仅用18m光纤就获得超过26dB的增益。     

光纤长度优化的高功率铒镱共掺光纤放大器

为了研究不同增益光纤长度下1555nm高功率光纤放大器的输出功率,采用两级混合结构的方法,用掺铒光纤放大器和双包层铒镱共掺光纤放大器分别作为1级预放大器和2级主放大器。掺铒光纤放大器对信号光进行预放大,并提高放大器的信噪比;双包层铒镱共掺光纤放大器为主放大器,其双包层结构可以把更多的多模抽运光耦合进系统。对铒镱共掺光纤的最佳长度做了理论分析和实验验证,在信号光功率为10mW、掺铒光纤放大器的抽运功率为318.58mW、双包层铒镱共掺光纤放大器的抽运功率为11.71W、增益光纤长度为14m时,输出功率取得了2.11W的实验数据。在分析输出信号光谱时发现,L波段附近有放大自发辐射谱出现,这是选择的增益光纤过长导致的。结果表明,在光功率和信号光功率一定时,光纤放大器有一个最佳的光纤长度。这一结果对研究光纤放大器的高功率输出是有帮助的。     

宽带Er-Tm共掺石英光纤放大自发辐射特性分析

探索了新型Er-Tm共掺石英基质超荧光光纤光源的特性，在粒子数方程和功率传输方程的基础上对其放大自发辐射（ASE）特性进行了理论分析。在单向泵浦中，分析了泵浦功率和信号功率随光纤长度的变化特性，描述了在不同光纤长度、离子浓度及泵浦功率下信号谱的变化趋势；在双向泵浦中，讨论了泵浦功率和信号功率随光纤长度的变化特性以及信号谱相对于光纤长度和泵浦功率的稳定性。结果显示，利用Er-Tm共掺石英基质光纤可以获得稳定的100nm放大自发辐射带宽，大约是传统掺铒光纤超荧光光源带宽的两倍，但输出功率比后者低3个量级以上。     

Analysis of Ultra-Broadband Amplified Spontaneous Emissions Generated by ${rm Cr}^{4+}{:}{rm YAG}$ Single and Glass-Clad Crystal Fibers

Numerical analysis and experimental verification of the ultra-broadband amplified spontaneous emissions (ASEs) generated by Cr⁴⁺:YAG crystal fibers are presented. Milliwatt ASE was obtained from a double-clad 25-mum-core fiber. Results of the experimental ASE power measurements and the composition analysis using electron probe micro-analyzer were used to determine the absorption, emission, and excited-state absorption cross sections of pump and signal of the crystal fibers. The numerical analysis showed that the ASE output power is improved by reducing the fiber core diameter down to several micrometers despite of the increased consumption in excited-state absorption of pump. A comparison of the cross sections between those in literature and this work indicates that the crystal fiber has good crystal and optical qualities using the laser heated pedestal growth method. The large pump absorption of the Cr⁴⁺:YAG crystal fiber limits its useful length. With such short fiber length, the ASE lights can not acquire enough gain. The ASE efficiency can be further improved by using bi-direction and cladding pump structure to increase the crystal fiber length and incorporating a high ASE reflector at the input end of the crystal fiber. The Cr⁴⁺:YAG crystal fiber has a potential for applying to ultra-broadband ASE light source in wavelength division multiplexing network.     

宽带Er2Tm共掺石英光纤放大自发辐射特性分析

探索了新型Er2Tm共掺石英基质超荧光光纤光源的特性,在粒子数方程和功率传输方程的基础上对其放大自发辐射(ASE)特性进行了理论分析。在单向泵浦中,分析了泵浦功率和信号功率随光纤长度的变化特性,描述了在不同光纤长度、离子浓度及泵浦功率下信号谱的变化趋势;在双向泵浦中,讨论了泵浦功率和信号功率随光纤长度的变化特性以及信号谱相对于光纤长度和泵浦功率的稳定性。结果显示,利用Er2Tm共掺石英基质光纤可以获得稳定的100nm放大自发辐射带宽,大约是传统掺铒光纤超荧光光源带宽的两倍,但输出功率比后者低3个量级以上。     

高功率Er/Yb共掺光纤脉冲放大器中ASE的影响分析

为了研究自发辐射对高功率铒镱共掺脉冲光纤放大器性能的影响,在速率方程理论的基础上,采用有限差分法对理论模型进行了数值求解。对不同抽运、信号和光纤参量配置情况下,自发辐射对放大器性能的影响进行了模拟分析。结果表明,由于自发辐射自饱和的限制,在其它条件相同的情况下,为了得到最高的单脉冲能量和峰值功率,放大器输入信号存在一个最佳的重复频率,且该最佳重复频率与抽运功率成正比与脉冲宽度成反比。研究结果对高功率铒镱共掺光纤脉冲放大器的设计和实验研究有重要指导意义。     

采用Sagnac反馈环的高效率宽带L-波段放大自发辐射源

采用掺铒光纤在L-波段的放大自发辐射(ASE)构成的宽带光信号源在光纤传感、器件测试等方面有着广泛的应用需求,而抽运转换是制作这种光源的关键技术之一.基于C-波段放大自发辐射对L-波段信号具有二次抽运作用的机理,在光纤的一端采用Sagnac反馈环将输出的C-波段放大自发辐射反馈回到掺铒光纤中,这些被反馈的C-波段放大自发辐射像注入的信号光一样消耗上能级粒子数而受到放大并沿光纤的同一方向传输,同时成为L-波段放大自发辐射的抽运源.由于Sagnac反馈环减少了泄漏的C-波段放大自发辐射功率,因而抽运转换效率大大提高.实验中,在不加平坦滤波器的情况下,在125 mW 980 nm抽运光输入时输出L-波段放大自发辐射宽谱功率达到14 dBm,抽运转换效率(PCE)达到20%,1 dB带宽达到31.1 nm(1568.9～1600 nm),获得了高转换效率且宽带平坦的L-波段放大自发辐射谱输出.     

A theoretical model of thulium-doped silica fiber＇s ASE in the 1900 nm waveband

A theoretical model in the 1900 nm waveband for amplified spontaneous emission (ASE) of thulium-doped silica fiber is presented. The ASE spectral power as functions of the fiber length and the pump power is investigated by solving the rate and propagation equations. By calculation, when the concentration of thulium in fiber is 2.25×1025 m-3, the fiber core diameter is 2.6 μm, and the pump power is 200 mW at 808 nm, the optimal fiber length is 8.1 m, and the output power of ASE can reach 60 mW in...     

一种新颖的反射结构高功率超宽带光纤光源

报道了一种新型高功率超宽带光纤光源。利用980nm激光二极管(LD)和1480nmLD双向抽运掺铒光纤，经光纤环镜反射后，得到C L波段自发辐射谱。通过调整980nmLD和1480nmLD的功率，在1524．O～1600．6nm(76．6nm)范围内，自发辐射谱功率高于-18．8dBm，并且在1539．2～l600．6nm(61．4nm)范围内，自发辐射谱的平坦度为2．8dB。总荧光功率为22．1mW。转换效率为18．8％。如果不加环镜，并且保持相同的抽运条件，得到的放大自发辐射(ASE)谱宽在1525～1565nm的C波段范围，其总的荧光功率为7．1mW，转换效率仅为6％。通过分析加环镜情况与不加环镜情况下所得到的自发辐射谱，以及加环镜情况下采用不同的抽运方式得到的自发辐射谱，最终得出结论，通过加环镜，并且用980nmLD和1480nmLD双向抽运，得到了具有最佳效果的超宽带光纤光源。实验过程中通过调整980nmLD和1480nmLD的功率，曾得到28．5mW的荧光功率，转换效率为22．3％。     

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。     

Theoretical and Experimental Analysis of Long-Period Fiber Gratings Made Directly Into Er-Doped Active Fibers

We present a rigorous theoretical and experimental analysis of signal propagation along a long-period fiber grating (LPFG) made in an Erbium-doped amplifying fiber (EDF). First, numerous effects that influence amplifying process in Erbium-doped fibers were considered. These are clustering of Er ions and subsequent upconversion and change of fiber refractive index due to the optical pumping. Subsequently, LPFG-assisted interaction between the amplified fiber core mode and a cladding mode is described combining rate equations that describe propagation through the EDF and coupled-mode equations that describe propagation through the LPFG. While this implementation is relatively straightforward for the signal and pump, it requires particular attention when dealing with spontaneous emission and amplified spontaneous emission (ASE) that are incoherent (described purely by amplitude), but have to diffract on the LPFG (that is amplitude and phase sensitive). This issue is carefully addressed here. As a result, we were able to rigorously describe the propagation of pump, signal, and ASE through the LPFG-amplifying diffractive structure considering effects such as pump depletion, shift of the coupling wavelength due to the pump power, and ASE formation along the structure. Forward pumping (pump copropagating with the signal) and backward pumping (pump counterpropagating to the signal) were both considered. The theoretical analysis was fully verified by carried-out experiments.      

脉冲泵浦双包层掺Yb3+光纤放大器理论研究

对比研究了在连续泵浦和脉冲泵浦两种情况下,高功率双包层掺Yb3+件光纤放大器的输出特性.计算结果表明:采用脉冲泵浦放大50 kHz高斯脉冲信号,在ASE光抑制方面和光纤放大器热效应方面都优于连续泵浦情况下的光纤放大器.进一步又研究了脉冲泵浦下,从泵浦脉冲峰值功率,掺杂光纤浓度和泵浦波长三方面选择泵浦脉冲宽度,优化放大器输出特性.为提高和设计掺Yb3+抖光纤放大器和MOPA系统的输出功率和稳定性提供了理论依据.