光纤激光器光束的叠加技术

建立高功率、高亮度激光系统的一个重要方法是使用激光阵列,一方面要增大单个阵元的输出功率,另一方面要对阵列进行精确的控制,使各激光光束能有效地叠加.详细讨论了光纤激光光束叠加的主要技术途径,其中包括相干叠加和非相干叠加技术,并对有关技术问题进行分析.     

离散傅里叶变换及变参考阵元特征法在相干信号估计中的应用

本文讨论理想条件下均匀线阵(ULA)对相干入射信号的高分辨测向问题。在分析经典多重信号分类法(MUSIC)对相干信号测向失效原因的基础上提出新算法,它利用1）离散傅里叶变换(DFT)估计入射信号数目;2）变参考阵元重构入射信号功率矩阵估计入射信号方位角。通过与经典MUSIC算法比较验证了该算法对相干入射信号估计的可行性,并经过进一步分析得出如下结论:1）文中介绍的算法在不减少阵列有效口径前提下能够对高度相干信号进行高分辨测向;2）在低信噪比条件下能够精确估计入射信号方位角;3）随着阵列中阵元数目的增加,阵列分辨率逐渐提高。      

相干阵激光光束普适性传输因子的研究

研究了子光源为基模高斯光束的相干阵激光光束的传输特性.通过理论模拟不同传输距离处光束横截面光强分布,同时分析主瓣与旁瓣峰值光强的比值随传输距离的变化规律,提出了无纲的相干阵激光普适性传输因子α.当0＜α＜0.85时,随着a值不断增加,相干阵激光光束传输特性逐渐偏离Talbot效应,光束横截面光强极大峰数目逐渐变少;尤其...     

光纤激光非相干合成效果分析

为了研究光纤激光的非相干合成特性, 建立了圆环状排布的光纤激光阵列光束合成模型, 模拟分析了单元光束束腰半径w₀、波前畸变和光束间距对非相干及相干合成远场光束质量的影响。讨论了多路激光平行性对非相干合成效果的影响, 并进行了相关实验验证。结果表明, 单元光束无波前畸变时, 当光束间距为d₀=2.8w₀时, 非相干与相干合成光束质量相等; 单元光束存在波前畸变时, 光束间距有所减小, 这是因为波前畸变对非相干合成影响更小; 对于非相干合成, 随着多路激光之间不平行度的增大, 非相干合成光束质量逐渐变差, 并且单元光束质量越好, 对多路激光平行性要求越高。该研究可为实际光纤激光合成系统设计分析提供参考。     

高功率非相干光纤激光组束方法的优化

为了增加光纤激光非相干组束的输出功率,针对光纤激光器阵列提出了优化的方法.利用多泵浦源提高单根光纤激光器的输出功率,利用二维光纤激光阵列排列增加参与组束的光纤数目.这两种方法都可以增加光纤激光器的组束功率,为机载战术激光武器的应用打下了基础.     

掺铒光纤长度差对全光纤激光相干合成的影响

设计了由两支光纤激光器组成的迈克尔逊型全光纤激光器阵列,通过实验,分析两子光纤激光器的掺铒光纤长度差对激光相干合成稳定性、泵浦效率以及输出功率的影响.结果表明:在未达到增益饱和的情况下,掺铒光纤长度差变化时,全光纤激光器阵列仍得到相干合成输出,但相干度发生变化,即掺铒光纤长度差变大时,相干度变差,总泵浦效率和总输出功率都变小,且变化不是线性的.     

对百千瓦级全固态激光相干阵列系统的分析

对百千瓦全固态激光相干阵列系统进行了深入分析。通过对Northrop Grumman公司相干合成105kW高功率固体激光报道的解读,理清高功率固体激光相干阵列系统设计与研发过程中需要攻克的单元光束净化、相位控制、孔径填充、系统标校等技术难关。阐释全固态激光相干阵列与单增益介质单孔径100kW全固态激光系统的优势,并对全固态激光非相干阵列进行了简单分析。     

两维相干阵激光远场主瓣特性分析

研究了两维相干阵激光光束主瓣的远场特性。建立了正方形和正六边形子光源排列的相干阵激光传输的数学物理模型,通过数值模拟与分析得出：采用高斯函数来描述相干阵激光光束的远场中心主瓣光强分布误差很小,可按照单孔径激光器的基模高斯光束传输规律来描述相干阵激光光束的传输规律。在此基础上,计算了远场中心主瓣能量占比,计算结果表明,远场中心主瓣能量占比几乎不受子光源数目的影响;而随着占空比的增加,中心主瓣能量占比逐渐增大。当相干阵激光的孔径完全装填时,正方形排列的激光光束中心主瓣的最高能量占比为79.1%;而正六边形排列的能量占比值为83.2%。     

光纤激光阵列相干合束的研究

相干合束是获得高功率、高光束质量激光的一种重要方法。为了分析光纤激光合束的特点,通过对相干合束不同传输距离光强分布特点的模拟对比,研究了光纤激光阵列结构、相位随机抖动、光纤间距、传输距离等因素对相干合成的影响,分析了相干合成时桶中功率随传输距离的变化。结果表明,相干合成时,不同光纤激光阵列结构在传输距离较近位置光强分布差别很大;随着传输距离增加,光强分布基本都接近高斯分布;轴上点光强分布极大值个数和阵列结构环数紧密联系;各光束之间的随机相位差越小,相干合成效果越好。这些结果对光纤激光相干和束的实验研究有一定的参考价值。     

稀疏阵列时间反演脉冲信号空间功率合成方法

时间反演电磁波具有时空二维同步聚焦特性.基于时间反演电磁波原理建立了稀疏阵列脉冲信号相干合成的数学模型, 通过理论分析与蒙特卡洛实验相结合的方法研究了合成信号幅度最大时刻目标点合成效率值的统计特征与相位误差及阵元数的关系.分析表明, 在工程实践中, 除尽可能提高相控精度外, 可以通过增加阵列的阵元数来减小目标点合成效率的方差, 以降低相控误差的影响.利用仿真计算研究了相位误差及信号形式对时间反演脉冲信号合成效果的影响, 证实了稀疏阵列时间反演脉冲信号空间功率合成的可行性; 分析方法和结果可以为工程实践中如何折衷需求与条件确定相位误差的控制精度提供理论依据.     

激光相干合成的研究进展:2011—2020

本文回顾了过去10年激光相干合成领域取得的重要进展,总结了可合成激光模块性能提升的标志性成果,梳理了相干合成使能技术取得的重要突破,展示了不同类型激光相干合成取得的成果及其多样化应用,并对激光相干合成领域的发展进行了展望。     

Dispersion-induced power penalties in millimeter-wave signaltransmission using multisection DBR semiconductor laser

In this paper, we present a simple analytical model to characterize the effect of fiber chromatic dispersion when using a multisection distributed-Bragg reflector (DBR) semiconductor laser as a millimeter-wave optical transmitter in a millimeter-wave fiber-radio system. We characterize the dispersion penalty of the laser as a function of the laser operating conditions and establish that the penalty is dependent on the distribution of optical power among the modes in the laser output. This, in turn, is dependent on the spectrum-filtering property of the laser DBR section and the gain profile of the laser. In addition to the dispersion penalty, the stability of the generated millimeter-wave carrier from the multisection laser is investigated, including the detected RF power and resulting phase noise. We establish that a compromise must be made when finding the optimum bias condition of the laser which provides minimum dispersion penalty, maximum received RF power, and minimum phase noise of the generated millimeter-wave carrier     

2×2全光纤激光器阵列部分相干合成的实验研究

对22全光纤激光器阵列的部分相干合成进行了实验研究。将四台全光纤激光器阵列分为两组,组内两光纤激光器通过一个对激光波长具有一定反射率的光纤光栅实现腔模互注入相位锁定,而两组激光阵列元之间非相干。四束激光经一个四面直角棱镜反射后尽量接近并实现对称排布。获得两组清晰的干涉条纹, 条纹最大可见度分别约为43 %和38 %。整个激光器阵列在泵浦光总功率为1 624 W时获得925 W高功率部分相干输出。在合成光束占空比为0.54时, 合成光束的光束质量BQ值约为1.95。激光器阵列由全光纤元件组成, 系统结构紧凑, 在长时间的高功率合成实验中, 性能稳定, 没有观察到光热损伤现象。     

大功率光纤激光器相干组束的研究

随着光纤激光器的激光输出功率及光束质量的不断提高,大功率光纤激光器的应用领域不断拓展.组束技术是提高光纤激光器输出功率的有效方法.分析了非相干组束和相干组束的理论,并进行数值仿真.综述相干组束技术的最新发展,对光纤激光器相干组束的研究具有参考价值.     

单频单偏振窄线宽光纤激光器及其放大研究

为了获得高功率单频单偏振窄线宽激光,对一个带单级放大结构的环形腔结构掺铒光纤激光器系统进行了研究。采用作为可饱和吸收体的未抽运掺铒光纤结合作为波长选择器的高反射率光纤布喇格光栅形成超窄带滤波器,在环形腔内加入光纤偏振控制器和具有高消光比的保偏环行器获得单偏振光。环形腔输出后进行单级光放大以提高输出激光光功率。获得了206mW激光输出,输出功率长时间稳定度达到1.4%。通过光纤延迟自外差线宽测试系统得到输出激光线宽小于500Hz,光纤激光器输出光偏振度长时间稳定在99.7%。结果表明,非保偏可饱和吸收体加光纤布喇格光栅结合部分保偏结构可产生单频单偏振窄线宽激光,激光放大对线宽有明显的展宽效果。     

Tunable electroabsorption modulated laser integrated with a bent waveguide distributed-feedback laser

The fabrication of the first 1.55-/spl mu/m wavelength tunable electroabsorption modulated laser integrated with a bent waveguide distributed-feedback laser is reported. A low-threshold and stable single-mode operation is obtained when the devices were uniformly pumped. A single-mode output power close to 10 mW from a single-mode fiber (40 mW in free space) is obtained with a 0 V bias to the modulator and an extinction ratio of up to 15 dB at 2.5 V. This single mode stability is due to the continuously distributed phase shift implemented in the structure. With a nonuniform injection, it was possible to select one particular mode out of the three neighboring modes inside the broad-reflection band of the reflector. A tuning range of 3.5 mm was obtained while maintaining an output power of more than 2 dBm from each mode.     

Coherent Array of Nonlinear Regenerative Fiber Amplifiers

A coherent array of high power fiber amplifiers (lasers) with a nonlinear refractive index is described and discussed. By adding reflectivity to the inputs of the fibers, each fiber laser is transformed into a regenerative amplifier, with an internal circulating power that varies depending on the round trip phase shift of the field within the fiber. The variation of the internal circulating power results in a preferential shift in the output phase of each amplifier due to the high nonlinearity within the fiber. The resulting phase shift is predicted to substantially compensate for the inherent randomness in the output phase distribution usually associated with the long lengths of fiber amplifiers. The individual outputs of the coherent array are shown to exhibit a ldquofuzzyrdquo phase distribution that can be partially quantified based on a statistical analysis and is dependent on the parameters of the array. A simple example is given of a coherent array of fiber lasers in a Self-Fourier cavity and the degree of coherence is predicted under simplifying assumptions.     

光纤弯曲对掺镱光纤激光器光束质量的影响

通过改变F-P腔全光纤激光器中的光纤盘绕半径,对输出激光光束质量进行了研究.搭建了百瓦级全光纤激光器.最大泵浦功率为436 W的条件下,获得了300 W波长1 080 nm的激光输出.光束质量M2=1.13.光-光转换效率为69%.理论分析并计算了20/400 m大模场面积双包层光纤中的两种导波模式LP01模和LP11模沿光纤径向的功率分布和弯曲损耗;利用光纤弯曲选模方法,实验上探究了光纤弯曲半径对输出激光模式及光束质量的影响.实验发现,通过光纤弯曲方式可以有效地消除高阶模式,再经过包层光剥除可以获得更好的光束质量M2=1.06.     

两个光纤激光器的相位锁定及高相干功率输出

研究了两个光纤激光器的相位锁定及其相干输出。将两个光纤激光器的输出耦合进一个自成像共振腔,然后利用一个空间滤波器进行模式选择。自成像共振腔由两个焦距为8 mm的准直透镜、一个焦距为500 mm的傅里叶透镜和一个耦合输出镜组成。滤波器由两根20μm的铂金线组成,并放置在耦合输出镜面上。实验中,观测到光束截面图样具有高对比度的干涉条纹。输出镜反射率在50%和30%情况下,分析了单个激光器和激光器阵列的斜率效率。在总抽运功率为60 W时,获得了18.3 W的高相干功率输出。稳定的相位锁定是由于激光器阵列具有能适应光程长度变化的自调节过程。实验表明,利用该方法完全可以进一步提高相干输出功率。