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。     

全光纤型Er/Yb共掺光纤短腔激光器

报道了一种高输出功率、高斜率效率的短腔ErYb共掺杂光纤激光器。激光谐振腔由一段ErYb共掺杂单模光纤与一对布拉格反射波长相同的光纤布拉格光栅(FBG)组成。反射率为60%的光纤光栅用作光纤激光器谐振腔的输出,3dB带宽为016nm。反射率为99%的光纤光栅作为高宽带反射腔镜,同时作为抽运光输入端,3dB带宽102nm。以980nm激光二极管(LD)作抽运源进行实验。使用不同的抽运功率分别测量不同长度的ErYb共掺杂光纤,优化光纤激光器谐振腔得到的最佳长度仅为13cm。即选用13cmErYb共掺杂光纤作为增益介质来制作短腔ErYb光纤光栅激光器,最大输出功率可达11mW,输出功率稳定性<±001dB,抽运阈值功率为35mW,斜率效率为153%,测量其15522nm激光的输出光谱,25dB线宽为03nm,边模抑制比>60dB,波长稳定性为005nm。可用于密集波分复用(DWDM)系统。     

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.     

1120nm窄线宽掺镱光纤激光器

为了获得窄线宽、高功率、长波长(相对于1030nm~1080nm)的1120nm光纤激光器,采用普通单模掺镱光纤和一对光纤布喇格光栅构建了该光纤激光器的谐振腔,为保证抽运光的完全吸收和避免非线性效应,对有源光纤的最佳长度进行了理论分析和实验验证。结果表明,激光器的阈值抽运功率为40mW、注入抽运功率为265mW时,激光器输出信号光功率35mW,光光转换效率为13.2%,激光器中心波长为1120.9nm,输出激光的谱线宽度为0.03nm。这种激光器的获得是因为采用了高反射率耦合输出光纤布喇格光栅、短谐振腔结构和低功率运转状态。该激光器可作为种子光注入光纤放大器。     

光纤光栅选频掺Yb3+光纤激光器

以波分复用器(WDM),光纤光栅和自行研制的掺Yb~(3+)单模光纤,采用新颖的全光纤连接方案,实现了1060nm窄线宽、线形腔激光器的成功运转。对不同长度掺镱光纤(YDF)所构成的激光器进行了实验研究,发现9m为最佳长度。入纤抽运阈值功率约为30mW,当入纤功率达到最大值42.8mW时,得到最大激光输出8.8mW,半宽<0.5nm,相对于入纤抽运功率的斜率效率为70.4％。     

L波段可调谐Er/Yb共掺环形腔光纤激光器

报道了一种工作在L波段波长可调的环形腔Er／Yb共掺双包层光纤激光器。利用两段高双折射光纤和两个偏振控制器组成的环形镜作波长选择器件，通过调整环形镜中偏振控制器的状态来改变环形镜对不同波长的反射率以实现某波长的激光输出，使波长调节范围达到60nm，不同波长处激光输出功率的起伏小于0．7dB；采用较长的Er／Yb共掺双包层光纤(EYDF)作增益介质，利用6个976nm激光二极管同时抽运前段Er／Yb共掺双包层光纤所产生的放大自发辐射谱作为二次抽运源，对腔内未被抽运的一段Er／Yb共掺双包层光纤进行抽运，使增益谱移到L波段，实现了L波段可调谐激光器的稳定输出。在最大抽运功率为3594．5mW时，测得抽运入纤功率为2737．37mW，得到最大输出功率300mW，斜率效率为11％的激光输出，所形成激光光谱的3dB带宽为1．8nm，边模抑制比大于38dB。     

基于光纤光栅法布里-珀罗腔的高效窄线宽光纤激光器

报道了采用双光纤光栅(FBG)法布里-珀罗(F-P)腔选模的线形腔结构窄线宽光纤激光器。激光器以高掺杂Er~(3 )光纤为增益介质,利用全光纤型法拉第旋转器(FR)抑制空间烧孔效应,通过两个短光纤光栅法布里-珀罗腔选模,产生了稳定的1534．83 nm单频激光输出。激光器采用两支976 nm单模激光二极管(LD)抽运,两端输出。激光器阈值抽运光功率为12 mW,在总抽运光功率为145 mW时总输出信号光功率为39．5 mW,单端最高输出信号光功率为22 mW。光-光转换效率为27％,斜率效率为29．7％。随着抽运功率的增加,激光器输出功率趋于饱和。采用延迟自外差方法精确测量光纤激光器线宽,实验中使用了15 km单模光纤延迟线,由于测量精度的限制,得到激光器的线宽小于7kHz。这种光纤激光器具有输出功率高、线宽窄、信噪比高的特点,可用于高精度的光纤传感系统。     

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.     

级联复合腔对光纤激光模式的抑制影响

提出了一种复合腔结构的稳定单纵模(SLM)掺铒光纤激光器,其复合腔结构由主环形有源腔和两个次级无源腔组成。在光纤环形镜中嵌入未抽运的掺铒光纤作为可饱和吸收体以抑制多纵模,用光纤环谐振腔作为滤波器抑制拍频噪声,用光纤光栅作为波长选择器件,最终得到了单纵模输出并消除了拍频噪声。在整个波长调节范围内边模抑制比大于50dB,当泵浦功率为80mW时,掺铒光纤激光器输出功率为20.51mW,激光器的输出很稳定,在25min的观察时间内,输出功率的变化小于0.02%,实现了稳定的激光功率输出。     

自调Q掺铒光纤激光器动态特性研究

为了研究自调Q掺铒光纤激光器输出动态特性,采用搭建全光纤结构的线形腔和环形腔自调Q掺铒光纤激光器进行了理论分析和实验验证。实验中,当抽运功率达到起振阈值后,随着抽运功率的增加,用示波器观察输出激光,线形腔输出激光依次经历了连续波、自调Q两种运行状态,由于抽运功率的限制,未能再次出现连续波运行状态,而环形腔输出激光则先经历了自调Q运行状态,然后是连续波运行状态;线形腔在抽运功率21mW~190mW的范围内,可获得脉冲宽度8s ~100s范围内可调、重复频率2.5kHz~54kHz范围内可调的自调Q脉冲;环形腔在抽运功率为16.2mW~110mW时,可获得的脉冲宽度在165s左右。结果表明,自调Q掺铒光纤激光器因腔结构的不同,输出激光动态特性也不同;线形腔和环形腔均有自调Q脉冲输出,但线形腔自调Q范围更大。     

基于光纤光栅谐振腔的双包层光纤激光器

理论分析了线型腔双包层光纤激光器的输出特性,包括光纤长度、光纤损耗及后腔镜反射率对激光输出功率和阈值泵浦功率的影响.设计了基于光纤光栅谐振腔的双包层光纤激光器,采用锥度光纤实现了泵浦模块与双包层光纤之间的低损耗连接,实现了全光纤化的掺Yb3 双包层光纤激光器,其阈值泵浦功率为300 mW,在泵浦入纤功率为17 W时达到了10.5 W的最大激光输出功率,斜率效率为62%.     

窄线宽LD泵浦双包层光纤激光器

报道了LD泵浦的窄线宽双包层光纤（DCF）激光器，从理论和实验数值模拟了激光输出功率对输出镜反射率，光纤长度和吸收泵浦功率的依赖关系，进而进行了实验，实验中选用光纤布拉格光栅（FBG）作为输入腔镜，利用光纤端面菲涅耳反射作为输出腔镜，得到了窄线宽的单模激光输出。最大输出功率421mW，斜率效率78.2%，激光中心波长1086.92nm，谱线宽度0.16nm。     

基于光纤环形镜的双级双程L波段高功率ASE光源

研究了L波段光产生的基本机理,基于3dB宽带耦合器的光纤环形镜作为反射镜,优化设计并通过实验得到了双级双程L波段掺Er光纤(EDF)高功率放大的自发辐射(ASE)输出光谱。两级所用的光纤长度分别为7m(低浓度)和31m(高浓度),在同等条件下,第1级采用双程前向得到功率为21．48mW(13．32dBm)、平均波长为1573．52nm的L波段ASE输出;第1级采用双程后向可实现功率为22．71mW(13．56dBm)、平均波长为1574．66nm的L波段ASE输出。对比分析2种结构输出光谱的抽运光利用效率、光谱平坦度等特性后,得到第1级采用双程后向的双级双程是一种更为理想的实现L波段高功率ASE输出的结构,同时由于C波段易获得高功率(高于30mW)的输出,二者结合即可得到功率高于50mW的C L波段ASE输出。     

掺镱双包层高功率光纤激光器输出特性研究

对线形腔掺镱双包层高功率光纤激光器的输出特性进行了研究 ,通过求解速率方程 ,得到了激光器泵浦阈值功率、输出光功率和斜率效率的表达式。分析了光纤长度、腔镜反射率和泵浦波长等因素对激光器阈值功率、输出光功率和斜率效率的影响 ,为高功率光纤激光器的优化设计提供了理论依据     

基于光纤环形镜的掺磷光纤拉曼激光器

报道了一种由宽带光纤环形镜(FLM)作为腔反射元件的法布里-珀罗腔掺磷光纤拉曼激光器(RFL),并与使用窄带光纤布拉格光栅(FBG)作为高反镜的腔结构进行了对比研究。研究结果表明,使用宽带FLM替代FBG仍可实现掺磷RFL的窄带激光输出,并且可有效避免拉曼激光从高反镜端的泄漏。在相同的输出镜反射率情况下,使用FLM作为高反镜比使用FBG作为高反镜具有更低的振荡阈值和更高的光-光转换效率。当抽运功率为9.45W时,拉曼激光(1.24μm)输出功率为4.31W,激光器斜效率和光-光转换效率分别为57.9%和45.6%。     

高功率高效率掺铒光纤超荧光光源

优化设计了高功率、高效率掺铒光纤超荧光光源的参数。采用商用掺铒光纤,针对双程后向结构,首先仿真了光源输出功率和带宽随掺铒光纤长度的变化,并用对等实验验证了模拟结果,初步确定掺铒光纤长度的优化范围;理论研究了反射镜反射率对光源性能的影响,计算出最佳反射率并模拟了该反射率下光源的输出光谱;实验研究了抽运功率对光源平均波长的影响,确定了优化的抽运功率范围,并进一步确定了掺铒光纤的优化长度。实验选用110mW抽运功率,13.74m掺铒光纤,获得了输出功率为46.9mW的高功率光纤光源,其抽运转换效率可达42.6%,且光源保持了约34.54nm的宽带宽。     

基于干涉环结构的调Q光纤激光器

从光纤干涉环中受激瑞利散射(SRS)和光纤中受激布里渊散射(SBS)共同作用调Q的原理出发,研究了光纤干涉环耦合比及环长对调Q光纤激光器输出激光特性的影响。分别采用耦合比为50∶50,80∶20,90∶10的光纤干涉环在不同环长下搭建掺Er3 调Q光纤激光器进行实验。实验结果表明,干涉环的耦合比和环长是影响输出激光特性的关键因素,耦合率(~10%)的干涉环适宜产生脉冲激光,具有高耦合比干涉环的光纤激光器只有连续激光输出;环长根据干涉环耦合率(~10%)在2 m附近调整可以获得理想脉冲激光输出,环长过短时产生输出激光的弛豫振荡,反之产生输出激光脉冲的分裂。采用耦合比为90∶10,环长为2 m的光纤干涉环时,在37 mW的抽运功率下获得脉宽7.2 ns,重复频率212.4 kHz,输出功率5.4 mW的脉冲激光,脉冲波形较好,峰值功率有~30%的波动。