双波长单纵模掺铒光纤环形激光器设计及实验研究

为了实现1550nm正交线偏振双频激光输出,设计了一种复合环形腔双波长单纵模掺铒光纤(EDF)激光器,以保偏光纤Bragg光栅作为波长选择元件,并采用未抽运掺铒光纤饱和吸收体作为激光单纵模选择元件,从而实现正交线偏振1550nm双波长单纵模激光稳定振荡输出。简要介绍了复合环形腔选模及未抽运掺铒光纤饱和吸收体选模的基本原理,理论分析了未抽运掺铒光纤长度对单纵模选择的影响,实验研究了不同选模情况下双波长激光的振荡特性。实验结果表明:腔内含有保偏光纤Bragg光栅和未抽运掺铒光纤饱和吸收体的复合环形腔。掺铒光纤激光器能够稳定输出1550nm正交线偏振双波长单纵模激光,其波长间隔约为0.344nm。这种双波长单纵模光纤激光器可广泛应用于激光传感与测量以及密集波分复用(DWDM)光纤通信等领域。     

掺镱脉冲光纤激光器抽运的高功率PPMgLN光参变振荡器

报道了研制主振-放大（MOPA）结构的高功率保偏掺镱脉冲光纤激光器并用其抽运光参变振荡器（OPO）的研究工作。掺镱脉冲光纤激光器以声光调Q的Nd∶YVO4激光器作为种子源, Liekki的大直径双包层保偏光纤作为放大介质, 得到接近基模的1064 nm波长激光输出, 最大线偏振输出功率17 W, 偏振消光比优于10 dB, 重复频率50 kHz, 脉冲宽度60 ns。利用该光纤激光作为抽运光, 抽运基于周期性畴极化反转掺镁铌酸锂（PPMgLN）晶体的宽带可调谐OPO, 实现了高效参量转换。在信号光1518 nm通道, 以16.2 W功率抽运, 获得最大参变输出功率9 W, 其中3.5 μm波长功率为2.4 W。OPO的能量转换效率为58%, 斜效率为68％。在信号光1491 nm通道, 以14 W功率抽运, 获得最大参变输出6.6 W, 其中3.7 μm波长功率超过2 W。     

全光纤结构主振荡功率放大型掺镱脉冲光纤激光器

报道了一台全光纤结构主振荡功率放大(MOPA)型掺镱脉冲光纤激光器.种子源是工作波长为1064 nm的声光调Q光纤激光器,可以获得重复频率在20～50 kHz间可调、平均输出功率约2 W的随机偏振脉冲种子激光.以大直径保偏(PM)光纤作为增益介质,在6个单管功率10 W,波长为915 nm的半导体激光器抽运下,种子激光经过一级放大最终获得平均输出功率23.5 W.脉冲宽度约为30 ns,偏振抑制比超过10 dB,光束质量因子M2为1.36的线偏振单模脉冲激光输出.讨论了大直径保偏光纤与种子激光输出光纤的模场不匹配性对输出激光的光束质量和光谱特性的影响.     

全光纤化高功率线偏振掺镱脉冲光纤激光器

建立了双包层调Q光纤激光器的速率方程,并利用一个全光纤化的声光调Q光纤激光器作为种子源,双包层掺镱保偏光纤作为增益介质,研制了一个全光纤化的高功率线偏振掺镱脉冲光纤激光器。在泵浦功率38.4 W,偏振种子激光功率0.6 W,重复频率40 kHz,脉冲宽度为30 ns时,获得了偏振激光输出29.8 W,偏振消光比大于10 dB。在高功率输出时,激光光束质量因子（M2）达到了1.32。     

高功率线偏振窄线宽光纤激光器TMI抑制

高功率线偏振窄线宽光纤激器在功率光谱合成、相干探测等方面具有广泛的应用前景。在高功率线偏振窄线宽光纤激光器中,模式不稳定(TMI)效应是限制其功率提升的主要因素之一。本文分析了TMI效应对高功率线偏振窄线宽光纤激光器输出功率的影响,提出了TMI效应的抑制方法。文章采用长波泵浦技术,输出功率100mW的单频激光器作为种子源,相位调制器将种子源线宽展宽至25GHz,经三级放大,最终实现了线宽25GHz、功率22 kW、中心波长1064nm、消光比98的线偏振窄线宽激光输出,光束质量M2x=12、M2y=121。分析了泵浦波长对TMI效应的影响:由于光线芯径较小(20μm),增益光纤对泵浦光吸收系数较高(18dB/m@976nm),纤芯温度较高,加上泵浦光量子亏损引入的热,导致纤芯折射率发生变化,较低功率下发生TMI效应,当泵浦波长向长波偏移时,泵浦光的量子亏损降低,同时泵浦吸收系数也降低,无论在光纤全长、还是单位长度上的热分布均减小,增大了TMI阈值,提升了线偏振窄线宽光纤激光器的输出功率。     

6.7 kW全国产化窄线宽三包层光纤激光器

为了实现高功率光纤激光的窄线宽输出,研究了基于大模场三包层掺镱光纤（LMA-YTF）高功率窄线宽光纤激光的热效应和四波混频(FWM)效应。基于FWM效应模型,仿真分析了大模场三包层光纤(LMA-TCF)放大器光谱展宽的影响因素。建立了LMA-YTF的热分布模型,分析了大模场三包层光纤(LMA-YTF)中第二包层功率占比对光纤温度以及泵浦功率上限的影响,讨论了聚合物涂层导热系数和外部温度对光纤温度的影响,实验对比了不同反向合束器的泵浦功率上限,结果表明第二包层功率占比低的(6+1)×1合束器比(9+1)×1合束器拥有更高的泵浦功率上限。基于全国产化器件搭建了一台三包层光纤激光器,实现了输出功率6.7 kW、3 dB线宽为0.32 nm的激光输出。     

全光纤高功率1091nm MOPA激光器

搭建了一台基于双包层掺镱光纤的全光纤结构1091 nm主振荡功率放大(MOPA)激光器.种子源为自行搭建的线形驻波腔掺镱光纤振荡器,最大输出功率为56 mW,放大的自发辐射(ASE)抑制比大于35 dB.通过两级预放结构放大后,种子功率达到3W.主放级为一个大模场双包层掺镱光纤放大器,最大输出功率达到41.6W,斜率效...     

波长间隔可调谐多波长光纤光学参量振荡器

提出并实现了一种以高非线性色散位移光纤为增益介质,以光栅对形成谐振腔,简单线形结构的连续光抽运的波长间隔可调谐多波长光纤光学参量振荡器(MW-FOPO)。采用波长可调谐的窄线宽激光器作为抽运种子光源,以伪随机相位调制抽运光来抑制高非线性光纤中的受激布里渊(SBS)散射效应,结合高功率掺铒光纤放大器构成光纤光学参量振荡器的大功率抽运,通过四波混频(FWM)效应获得了室温下稳定的多波长激光输出。MW-FOPO的波长间隔可以通过调节抽运波长进行调谐。在1505~1615 nm光谱范围内,获得了17条消光比大于10 dB的多波长谱线。实验证明了MW-FOPO实现多波长激光光源的优异特性。     

142 W高峰值功率窄线宽线偏振脉冲光纤激光器

报道了一种基于主振荡功率放大(MOPA)结构工作的全光纤窄线宽线偏振纳秒脉冲光纤激光器。脉冲种子源是由一个分布反馈直腔型(DFB)单频光纤激光器被光电调制器进行强度调制后产生的。为了抑制受激布里渊散射(SBS)效应,脉宽被调节为3 ns,并且种子源线宽被相位调制器展宽为2.9 GHz。经两级保偏掺Yb3+光纤放大器放大后,获得了平均功率142 W,重复频率1 MHz,脉冲宽度2.88 ns,峰值功率49.3 kW的脉冲激光输出。在最大输出功率时,激光光束质量因子M2约为1.15,偏振消光比(PER)大于15.4 dB。     

激光差频技术实现高平均功率3.8 μm纳秒中波红外激光输出实验研究

报道了利用脉冲激光差频技术获得波段在3.8μm纳秒中波红外激光输出的实验研究。分别研制了基于增益调制半导体激光器和"8字腔"锁模掺Yb光纤激光器的1094 nm纳秒脉冲激光种子,经光纤激光放大后获得平均功率为40 W的高光束质量线偏振泵浦光。研制了脉冲同步的1535 nm的信号光种子及输出平均功率为3 W的掺Er光纤激光放大器。将放大后的1535 nm线偏振信号光与1094 nm泵浦光共线入射到作为非线性晶体的周期性畴极化反转掺镁铌酸锂(PPMgLN)晶体中,利用激光差频技术实现了平均功率为5 W的3.8μm纳秒脉冲激光输出。     

基于主动偏振控制的1kW窄线宽线偏振光纤激光器

正得益于高功率尾纤输出半导体激光器和非保偏光纤及器件的发展,随机偏振光纤激光在过去十年内输出功率得到了极大的提升,但国内尚无高功率非保偏大模场光纤放大器偏振控制的实验报道。本研究采用主动偏振控制方式,成功实现了964 W线偏振光纤激光输出,实现最大功率时消光比为14.5dB,3dB线宽约为0.07nm,放大过程中无明显光谱展宽,光束质量因子M2小于1.2。激光器结构如图1(a)所示,采用相位调制器对10mW的1064nm单频线偏激光进行光谱展宽,然后进行偏振态调制及两     

国产掺镱保偏光纤的制备及其激光性能研究

基于改进的化学气相沉积(MCVD)工艺，结合溶液掺杂技术，成功制备出11μm/125μm掺镱保偏光纤，并研究了其激光性能。该光纤的纤芯数值孔径为0.09，双折射系数值为3.0×10^-4,915 nm和976 nm处的包层吸收系数分别为2.48 dB/m和7.05 dB/m。搭建了全光纤振荡器结构测试平台，当掺镱保偏光纤长度为2.25 m、976 nm泵浦功率为57 W时，实现了最大输出功率为48.9 W、斜率效率为85.5%的激光输出，输出光谱呈洛伦兹型。     

光纤光栅主动稳频的短直线腔单频光纤激光器

利用1.8cm长的Er3+/Yb3+共掺磷酸盐玻璃光纤作为增益介质制作了一个可调谐的短直线腔窄线宽单偏振单纵模光纤激光器。其谐振腔反射镜由高反射率的光纤布拉格光栅(FBG)和低反射率的保偏光纤FBG构成,使用976nm单模半导体激光器作为抽运源。当进入谐振腔的抽运功率为360mW时获得了输出功率65mW,信噪比大于70dB,线宽约为3kHz,偏振消光比达到40dB的激光输出。另外,通过使用压电陶瓷(PZT)调节增益光纤的长度实现了激光波长的电调谐,其调谐斜率约为14.2 MHz/V。采用边频锁定的方式进行主动稳频,使得激光输出的长期频率波动从25MHz/10s减少到了2.5MHz/h,从而实现了全光纤结构的高功率、高频率稳定性的单频光纤激光器。     

基于PPMgO∶LN晶体的连续波全光纤激光器倍频特性

高功率光纤激光器与周期性极化非线性晶体相结合的频率转换技术,是实现可见及紫外波段激光输出的有效技术手段。本文以线偏振输出的连续波全光纤化激光振荡器为基频光源,以5%(摩尔分数)氧化镁掺杂的周期性极化铌酸锂(PPMgO∶LN)为倍频晶体,进行了单通倍频的实验研究,测量并分析了PPMgO∶LN的温度调谐特性。控制晶体温度为26.9℃,在基频光功率为8.05W时,实现了17.84%的谐波转换效率,对应的倍频绿光功率为1.437W。     

基于内嵌FBG的Sagnac环的双波长光纤激光器

提出了一种内嵌光纤Bragg光栅(FBG)对的Sagnac环结构双波长掺铒光纤(EDF)环形激光器。对内嵌FBG对的Sagnac环的滤波特性进行了理论分析,实验获得了输出波长分别为1 554.92nm和1 555.2nm的稳定双波长光纤激光,边模抑制比约为65dB,功率稳定性优于0.2dB,波长稳定性优于0.02nm。     

双波长光纤激光器的保偏光纤功率放大特性研究

对功率比可调谐的双波长光纤激光器及其保偏光纤功率放大器特性进行研究。以中心波长分别为1030nm和1035nm的两对光纤光栅作为谐振腔镜,通过引入1035nm波长激光可调节的腔内损耗,实现了功率比可调的双波长光纤激光器。以双波长光纤激光器为种子光源,建立了二级保偏光纤功率放大系统,通过控制双波长信号的功率比,研究了种子光特性对双波长功率放大的影响,获得了功率比可调的1035nm和1030nm双波长激光的放大输出,在双波长等幅输出情况下,最高功率达7.77 W。通过增大抽运功率或增加放大级数,可以获得更高功率的可调双波长激光输出,为今后应用于非线性光学差频产生太赫兹波提供了可能。     

瓦级输出全光纤结构2.0μm掺铥皮秒脉冲光纤激光器

研制了高功率全光纤结构2μm波段掺铥皮秒脉冲光纤激光器。该激光器采用了主振荡功率放大(MOPA)结构设计,种子源采用790nm的多模半导体激光器作为抽运源、双包层掺铥光纤作为激光增益介质、半导体可饱和吸收镜(SESAM)作为锁模器件,从而实现了重复频率为10.4MHz的皮秒激光脉冲输出,其最大平均输出功率为15mW。种子源经过一级掺铥光纤放大器后,获得了1.1W高平均功率输出,相应的单脉冲能量高达105nJ,激光脉冲宽度为9ps,峰值功率为11.6kW。此时测得激光脉冲的中心波长为1963nm,3dB光谱带宽为0.5nm。     

基于石墨烯的掺铒光纤锁模激光波长切换技术

报道了一种基于石墨烯锁模的全保偏掺铒光纤环形短腔实现锁模激光波长切换技术。利用多层石墨烯可饱和吸收镜不仅可实现被动锁模脉冲序列的稳定输出,并可通过三维精密调节,调制腔内信号损耗,有效控制不同波长激光的增益与损耗。实验表明,通过精密调制10层石墨烯膜可饱和吸收镜,在全保偏光纤激光短腔可实现波长1532 nm和1558 nm 处的锁模激光切换输出,并可实现这两波长附近的双波长锁模激光输出,线偏振度可达18 dB。     

930nm被动锁模掺钕全光纤激光器的研制

报道了一种紧凑型930nm被动锁模掺钕全光纤激光器,该激光器由掺钕全光纤振荡器和一级掺钕全光纤放大器构成。振荡器采用线型腔结构,增益介质为长度8cm的高掺杂掺钕石英光纤,抽运源为一个最大功率为200mW的808nm单模半导体激光器,利用半导体可饱和吸收镜实现被动锁模,获得超短脉冲激光输出。振荡器输出平均功率为1mW,重复频率为28.2MHz,脉冲宽度为8.8ps,3dB光谱宽度为0.37nm。为抑制掺钕光纤放大器中1060nm波段激光的竞争,采用长度为10m的W型掺钕光纤作为增益介质进行功率放大,很好地抑制了1060nm波段激光,最终实现了平均功率为117 mW,中心波长为930nm,单脉冲能量为4.15nJ,重复频率为28.2 MHz,脉冲宽度为8.8ps,10dB光谱宽度为2.98nm的脉冲激光输出。     

宽带可调谐掺镱双包层光纤激光器

采用高功率975 nm多模半导体激光器(LD)作为抽运源,以大模场掺Yb3+双包层光纤(YDCF)作为激光增益介质,运用能够承受较高功率运行的利特罗(Littrow)光栅外腔调谐结构,实现了宽带可调谐激光输出.实验中,双包层光纤采用最优光纤长度14 m,光栅经仔细调整后有效入纤反馈效率约20%,当入纤抽运功率约1.3 W时,激光器达到阈值并开始振荡.通过连续旋转光栅,激光输出波长能在1046～1121 nm之间实现可调谐,可调范围达75 nm.当入纤抽运功率为48 W时,在1089 nm波长处获得最大输出功率23.7 W,相应斜率效率为53%.最后,基于数值模拟简单地分析了激光输出特性,实验结果与数值模拟结果基本保持一致.