980 nm抽运时掺铒光纤放大器中的上转换发光效应研究

采用980nm抽运的掺铒光纤放大器（EDFA）中存在上转换发光效应。能级分析和光谱扫描结果表明上转换辐射光为绿色荧光。波长为538nm和514nm，其产生机理为铒离子的激发态吸收效应（ESA）。从理论和实验两方面分析了抽运功率和信号功率这两个放大参量对上转换绿色荧光的影响，结果表明，存在一个特殊抽运功率值，当抽运功率小于该值时，上转换绿色荧光的抽运效率随抽运功率的增加而快速增大；抽运功率大于该值时，上转换绿色荧光的抽运效率变化缓慢，基本保持稳定。掺铒光纤放大器工作在线性放大状态下，输入信号的有无和功率大小对绿色荧光影响很小；掺铒光纤放大器工作在饱和状态下，绿色荧光功率随输入信号功率增加而增加。     

激发态吸收(ESA)对掺铒光纤放大器的影响

本文分析了掺铒光纤放大器(EDFA)的激发态吸收(ESA)现象,得到了存在ESA时的EDFA增益与阈值的表达式。分析结果表明,ESA严重时将使EDFA不能正常工作。     

宽带掺铒光纤超荧光光源

详细探讨了单程前向、单程后向、双程前向、双程后向等几种典型的掺饵光纤超荧光光源结构，介绍了超荧光光源的研究进展，报道了我们研制的双程后向结构超荧光光源。     

一种高掺铒光纤超荧光辐射源

研制了一种采用反向结构,980nm激光二极管泵浦的掺铒超荧光光纤光源。仅使用长度为2.75m的高掺杂浓度的掺铒光纤作为增益介质,获得了输出功率高、光谱稳定的超荧光辐射。在波长1550nm处有23nm的ASE光谱平坦区。其最大输出光功率为8.6mW,输出功率稳定性为±0.02dB,阈值泵浦光功率为8.6mW,斜率效率达7.65%。     

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。     

高功率宽带掺铒光纤超荧光光源研究

研究了高掺杂铒光纤构成的双程后向结构超荧光光源输出特性,高掺杂铒光纤在制作超荧光光源方面具有输出功率高和带宽宽的优点.通过模拟得到在一定泵浦功率下获得最大输出带宽的最佳掺铒光纤长度.利用980 nm半导体激光器泵浦优化得到的10 m长的Lucent-LRL光纤,并用自制光纤圈反射镜构成双程后向结构,获得了26 mW的高功率宽带超荧光输出.     

铒/镱共掺光纤的超荧光研究

研究了铒/镱共掺光纤的超荧光特性,用4.5 m长铒/镱共掺光纤在248 mW的1 064 nm Nd∶YAG激光泵浦下,在峰值波长1 534.96 nm处,光谱3 dB带宽为1.76 nm.其输出光功率达23 mW,斜率效率为12.9%,输出功率稳定性为±0.05 dB.     

一种高稳定DBR 型掺铒光纤激光器研究

研制了一种高功率高边模抑制比及高波长稳定性的DBR型掺铒光纤激光器。该激光器使用980nmLD作为泵浦源,并使用长度为2.75m的高掺杂浓度的掺饵光纤作为增益介质,在1.55μm波段获得了3dB线宽为0.2nm,25dB线宽为0.4nm的激光输出。最大输出光功率25mW,输出功率稳定性±0.01dB,边模抑制比60dB,波长稳定性0.01dB(受光功率计精度的限制),阈值泵浦光功率8.6mW,斜率效率21.7%。     

高能量飞秒脉冲掺Er3 光纤激光器

为了从反常色散光纤构成的飞秒锁模掺Er^3＋光纤（EDF）激光器获得高能量锁模脉冲，提出了采用集总放大器和高损耗耦合输出器有机组合的办法来设计激光器腔体。实验结果表明，该方法能有效地减小降低腔内脉冲能量周期性波动，抑制频谱边带幅度，提高飞秒脉冲高能量及其频谱宽度。采用非线性偏振旋转机制进行锁模，成功获得谱线宽度为18．0nm、重复速率为14．0MHz、脉冲宽度约200fs、单脉冲能量超过1nJ稳定锁模光脉冲，并且激光器自启动锁模泵浦阈值小于20mW。     

掺Er^3＋和Er^3＋／Yb^3＋共掺光纤激光器中抑制自脉动的效果

针对掺Er^3 光纤激光器存在的自脉动现象，分析了其存在的原因，提出了抑制的方法。数值计算表明，由于Yb^3 的加入，在Er^3 ／Yb^3 共掺光纤激光器中，自脉动现象得到了有效的抑制。     

Er3 掺杂的碲硼酸盐玻璃的上转换光谱性质

研究了70TeO2-（15-x）ZnO-15Na2O-xB2O3-1wt％Er2O3（x=0、4、8、12和mol％）玻璃系统中B2O3的含量对Er^3＋上转换光谱性质的影响。结果表明：随B2O3含量的增加，Fr^31的^4 I11/2能级寿命减小；^4 I11/2→I13/2无辐射跃迁几率增加；Er^3＋的上转换绿光（^4S3/2、^2H11／2→I15/2）和红光（^4F9/2→4I15/2）减弱。基于Er^3＋在975nm波长激发下的上转换机理，建立了^4F7/2、^H11/2（^4S3/2）、^4H9/2、^4 I11/2和^4I13/2。这5个激发态能级的速率方程，结果表明，上转换绿光和红光强度跟^4 I11/2能级的粒子数的平方存在着正比关系。     

Er^3＋掺杂玻璃的1．5μm发射光谱及其带宽

用高温熔融法制备了Er^3 掺杂的氧化物玻璃，研究了Er^3 在11～300K温度范围内对应于^4I13/2→^4I15/2跃迁的1．5μm发射光谱，将^4I13/2多重态中的高能态和最低能态向基态跃迁发射的光谱成分从测量的发射光谱中分离开来，讨论了光谱成分对1．5μm发射带宽的影响。提出了等效四能级模型，并用此模型解释了Er^3 ^4I13/2→^4I15/2辐射跃迁的线形及其变温特性。分析表明，提高^4I13/2多重态中高能态的辐射跃迁几率是获得室温下宽带1．5μm发射的关键。最后，根据Mc Cumber理论，利用吸收光谱变换得到了与测量一致的发射光谱形状及相应的受激发射截面。     

Er3＋-Yb3＋共掺杂环形腔光纤激光器

运用Er3 -Yb3 共掺杂光纤作为激光增益介质，采用1．064μm的Nd：YAG激光器作为泵浦源，实现了2m和1m长环形腔光纤激光器运转。输出波长1．53μm，输出功率分别为7．8mW和6．2mW，斜率效率分别达到了6．4％和5．2％。     

掺Yb~(3+)/Er~(3+)石英光纤中频率上转换的实验研究

首次报道了实验研究连续1064nm Nd:YAG激光器泵浦的掺稀土离子Yb~(3+)/Er~(3+)石英光纤中频率上转换过程。测量了掺Yb~(3+)/Er~(3+)石英光纤产生的频率上转换可见荧光谱,并用能量转移、受激态吸收和双光子吸收过程解释了467,546和667nm三条频率上转换荧光谱线的产生机理。     

Er3+掺杂重金属氧氟锗酸盐玻璃的光谱性质和上转换机理

研究了Er^3 掺杂重金属氧氟锗酸盐玻璃的吸收光谱和上转换光谱性质，分析了玻璃中Er^3 的上转换发光机理，应用Judd—Ofelt理论计算了Er^3 在玻璃中的强度参数Ωt(t=2，4，6)，自发辐射跃迁几率、荧光分支比和辐射寿命。结果表明，在975nm抽运光激发下，观察到强烈的绿光和微弱的红光；绿光和红光发射是由于双光子吸收过程，其上转换机理是能量转换(ET)和激发态吸收(ESA)。拉曼光谱分析表明，对于上转换发光，玻璃结构中的F^-离子起到重要作用。