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。     

外注入锁定对FP激光器强度噪声的抑制

采用较强的外注入光锁定FP激光器,获得了理想的强度噪声抑制效果. 在自由运转的FP激光器的弛豫振荡峰处,最大噪声抑制强度可达9dB. 研究了注入光功率和频率失谐对于强度噪声抑制效果的影响. 此外,通过实验研究了理想噪声抑制范围与激光器稳定锁定范围之间的关系：它们都随着注入光功率的增加而增大;但在相同的注入光功率下,稳定锁定范围允许更大的频率失谐.     

外注入锁定对FP激光器强度噪声的抑制

采用较强的外注入光锁定FP激光器,获得了理想的强度噪声抑制效果.在自由运转的FP激光器的弛豫振荡峰处,最大噪声抑制强度可达9dB.研究了注入光功率和频率失谐对于强度噪声抑制效果的影响.此外,通过实验研究了理想噪声抑制范围与激光器稳定锁定范围之间的关系:它们都随着注入光功率的增加而增大;但在相同的注入光功率下,稳定锁定范围允许更大的频率失谐.     

光纤激光器的相干输出

研究了两路光纤激光的相位锁定和相干输出, 用融锥光纤耦合器实现了两路高掺铒光纤激光之间的相互耦合。提出了在激光器高反射率前腔镜的前面加融锥光纤耦合器的方法构成简单的共振腔, 从而实现两路光纤激光的相干叠加。开展了基于融锥光纤耦合器互注入锁相的两路光纤激光器的相干合成实验, 成功实现了两路光纤激光器的注入锁定, 观察到了波长锁定（中心波长稳定在1549.8 nm, 线宽为0.08 nm）、远场干涉条纹和线宽压缩现象。分析了单个激光器和激光器阵列的斜率效率, 当反射率为70%, 抽运功率均为145 mW时, 获得最大合成功率为127 mW。     

半导体激光器叠阵无输出耦合镜光栅外腔光谱合束

宽面发射半导体激光器的光谱合束技术对发展高功率直接半导体激光光源具有重要意义。光栅外腔光谱合束基于光栅的波长选择特性和外腔半导体激光技术,实现单个合束单元的光谱锁定和所有合束单元的合束输出,输出光束质量与单个合束单元相当,亮度和功率得到很大提高。基于两个半导体激光器短阵列叠阵,进行了无输出耦合镜光栅外腔光谱合束实验研究,实现了12个半导体激光器短阵列的光谱合束。分析了光谱合束的输出光谱、输出功率和光束质量,在70 A的抽运电流下,连续输出功率为578 W,光谱带宽为10.26 nm,电光转换效率46.5%。     

光纤激光器的相位锁定及高相干功率输出

利用自成像共振腔和空间滤波器实现了两个不同长度光纤激光器的相位锁定.观察到稳定的干涉条纹.稳定的相位锁定是由于自成像腔具有适应单个光纤激光器光程变化的自调节能力.相位锁定激光器阵列输出的相干功率达到12.3 W,与此相一致的相干效率为88%.     

半导体激光器相干合束技术（特邀）

大功率高光束质量半导体激光器在激光加工、激光通信、科学研究等方面有着广泛的应用,提高半导体激光器的功率和光束质量一直都是国际的研究前沿和学科热点。合束技术是提高半导体激光器输出功率最简单有效的方法。非相干合束技术提高输出功率往往以损失空间、偏振或光谱特性为代价,在对光束特性要求不高的场合应用较为成熟。相干合束技术在提高半导体激光器输出功率的同时还能提高光束质量、压窄频谱宽度,是高亮度窄线宽半导体激光技术发展的重要方向。本文简述了相干合束技术的原理及要求,从锁相技术出发,综述了半导体激光器相干合束技术近年来的发展现状,总结了主动锁相和被动锁相的优缺点,主动锁相技术采用主振荡放大结构通过相位负反馈技术实现锁相,在合束单元数量上具有优势,能获得大功率相干输出,但结构较为复杂。被动锁相技术结构简单,一般通过外腔的衍射效应或者共腔技术实现单元间的相位锁定,具备自组织锁相特点,但不易获得高功率输出。最后对半导体激光器相干合束技术的未来发展进行了展望。     

注入锁定半导体激光器的噪声

本文用半经典理论研究了注入锁定半导体激光器(LD)的FM噪声和AM噪声,讨论了注入光功率、锁定相位等对噪声特性的影响。     

单频光纤放大器中泵浦作用的相位噪声

研究了铒镱共掺单频光纤放大器中100 Hz～1 kHz频段内的相位噪声,并通过实验证明该尖峰噪声为泵浦电源产生的相位噪声。从铒镱共掺光纤放大器的功率传输方程出发、结合泵浦激光的热传递函数,数值分析了泵浦功率、泵浦波长、增益光纤长度对100 Hz～1 kHz频段内相位噪声的影响。通过二级光放大结构对输出激光的相位噪声进行测量,并将实验结果与数值仿真结果进行对比,证明了理论模型的可靠性。该研究优化了主谐振功率放大结构铒镱共掺单频光纤放大器的相位噪声特性、并为提高相干合成时的合束效率提供指导。以上所得结果普遍适用于主谐振功率放大结构的光纤放大器。     

DFB半导体激光器自注入锁定失稳因素分析

分布反馈(Distributed Feedback, DFB)半导体激光器具有体积小、成本低和工艺成熟等优势,但兆赫兹量级的线宽使其应用范围受限。采用环形谐振器对其进行自注入锁定,可将线宽压窄到千赫兹量级,但仍存在锁定不稳定的问题。文章采用四只不同的环形谐振器对DFB半导体激光器进行自注入锁定,通过实验监测自注入锁定时多个端口的光功率、偏振态和光波长的变化,揭示影响DFB半导体激光器自注入锁定稳定性的因素有谐振模式跳变、偏振态跳变,以及外界温度和振动引起的锁定环路的相位变化,且使用不同类型的环形谐振器进行锁定时,主导的影响因素不同。控制这些影响因素可以改善DFB半导体激光器自注入锁定的稳定性,使DFB半导体激光器自注入锁定技术有更好的应用效果。     

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。     

IL型半导体激光放大器的噪声

IL型激光放大器(LA)可以用做光功率放大器,也可以用做中继放大器代替复杂的光-电中继器.IL型LA的噪声性能对相干光通信系统的性能至关重要,它直接影响到系统的误码率.我们对IL型LA的强度噪声谱和频率飘移谱,进行了数值计算,并讨论了注入光的噪声谱、注入光功率和锁定相位等对噪声谱的影响.     

高亮度半导体激光器无输出耦合镜光栅外腔光谱合束

宽面发射半导体激光器的光谱合束技术对发展高功率直接半导体激光光源具有重要意义。光栅外腔光谱合束基于光栅的波长选择特性和外腔半导体激光技术,实现单个合束单元的光谱锁定和所有合束单元的合束输出,输出光束质量与单个合束单元相当,而亮度和功率得到很大的提高。基于无输出耦合镜光栅外腔光谱合束结构,实现了单个半导体激光短阵列的光谱合束,分析了光谱合束的输出光谱、输出功率和光束质量的特性,获得了70 A工作电流下40.8 W的连续输出功率,快轴和慢轴方向的光束质量分别为0.41 mmmrad和9.16 mmmrad （包含95%能量）,相应的电光转换效率为38.4%,亮度高达67.90 MW/（cm2sr）。     

基于延时自零差光相干接收机的激光器相位噪声测试系统

在相干光通信系统中,激光器相位噪声是影响接收机灵敏度的重要因素。针对相干光通信中的激光光源相位噪声测试提出并研究了表征激光器相位噪声的3个关键指标,分别是电场的功率谱密度、相位误差方差和FM噪声谱线,建立了基于延时自零差相干接收技术的窄线宽激光器相位噪声测试系统,实现了系统仿真,并对一窄线宽激光器进行了相位噪声测试,相比传统的自外差线宽测量技术,此方法在满足测试分辨率要求的同时能够更全面表征激光器相位噪声特性。     

高功率光纤激光器相干合成研究

综述了国内外在高功率光纤激光器相干合成方面的最新进展,分析了各种方案的优缺点,并展望了光纤激光器相干合成的应用前景。国外已研发了19芯阵列光纤,进行了10路光纤激光器相干合成,输出功率已达200W。国内进行了两束光纤激光的相干组束,获得了连续波18．3W的光纤激光输出,并在高速相位探测与锁定方面取得了一定进展。     

基于单边带调制的前馈技术压缩半导体激光器线宽

提出了一种基于电光单边带调制的前馈线宽压缩系统,该系统主要包括相位噪声检测和单边带调制两大部分。相位噪声检测部分输出一个与相位误差成比例的误差电压信号,电压信号通过线性调频作用于单边带强度调制器,实现对激光信号的调制。单边带调制器采用马赫增德尔强度调制器的结构,相当于内嵌四个相位调制器,通过相位调制达到强度调制的目的,最终得到线宽压缩的激光信号。实验针对波长为1552.52nm、功率10mW 的分布反馈（DFB）半导体激光器,通过对闭环系统的搭建与仿真,激光器的线宽从原来的0.5nm减小到0.016 nm,实现了对半导体激光器线宽的压窄。     

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。     

利用激光边带注入法实现光脉冲的减速和存储

基于激光边带注入法在铷原子蒸气中实现了电磁诱导透明、光脉冲的减速和存储.为实现对铷原子的相干操控,将主激光器的输出锁定在铷87原子D1线F=1→F'=2的跃迁谱线上,经6.8 GHz电光调制器(EOM)调制后,负一阶频率边带与D1线F=2→F'=2跃迁频率共振.将负一阶频率边带注入锁定从激光器,主激光器和从激光器输出的两束激光和铷原子的两基态超精细能级达到双光子共振,实现相干操控铷原子.将主激光器和从激光器输出的两束激光作为探测光和耦合光输入到铷泡中,通过操控两光束的波形和开关观察到电磁诱导透明、光脉冲的减速和存储.     

上海光机所光纤激光二维阵列实现26W相干耦合激光输出

近日,中国科学院上海光机所先进激光技术与应用系统实验室采用4束光纤激光构成二维阵列通过共用外腔技术,成功实现了4束二维光纤激光器阵列的位相锁定,观测到稳定、清晰的相干阵列光斑图样,获得了26W的相干耦合激光输出。这是继单根光纤激光突破千瓦和成功实现两束光纤激光相干合成以来,在高功率光纤激光领域的又一重要突破。     

注入锁定法布里-珀罗激光器的单模工作特性

使用分布式反馈(DFB)激光器对法布里-珀罗(F-P)激光器进行单模注入锁定.通过改变F-P激光器的偏置电流,DFB激光器的输出功率以及两激光器间的波长失谐量,对注入锁定F-P激光器的光谱特性、功率特性以及频率响应特性进行实验分析.找出影响注入锁定F-P激光器稳定性的因素,并测量注入锁定F-P激光器的稳定锁定区;通过优化注人条件实现F-P激光器的高边模抑制比(SMSR)输出,最高可达55 dB;通过与自由运转F-P激光器比较,发现注入锁定可以明显抑制半导体激光器在高频调制下光谱的展宽.注入锁定后F-P激光器的3 dB调制带宽接近14 GHz.实验结果表明,通过合理设计光注入条件,注入锁定技术可以明显改善F-P激光器的光谱特性以及高频响应特性,并在高速光纤通信领域中得到广泛应用.