高功率激光单模光纤远距离传输实验研究

受激拉曼散射（SRS）效应是制约高功率激光单模光纤远距离传输应用的瓶颈因素。采用1550nm非偏振连续波单模光纤激光器作为光源, 通过实验研究了不同注入光功率条件下经过103km单模光纤传输所产生的受激拉曼散射现象,运用级联长周期光纤光栅带阻滤波器进行了受激拉曼散射抑制实验,并进行了相应的理论分析。提出了光纤受激拉曼散射抑制有效性判据,实验演示了受激拉曼散射现象,验证了级联长周期光纤光栅带阻滤波器对受激拉曼散射抑制的有效性。     

包层抽运掺镱光纤激光器中受激拉曼散射和受激布里渊散射效应

高功率光纤激光器大多选用掺镱双包层光纤作为增益介质,由于光纤尺寸较小,极易在光纤谐振腔中产生受激布里渊散射、受激拉曼散射效应。包层掺镱双包层光纤激光器中一旦发生受激拉曼散射和受激布里渊散射效应,其产生高强度信号成为高功率光纤激光器的主要噪声来源,影响激光输出的特性和稳定性。对包层抽运掺镱光纤激光器中的受激布里渊散射和受激拉曼散射进行了实验研究,在单模双包层光纤中观察到受激布里渊散射和受激拉曼散射。实验结果表明,在光纤谐振腔中,抽运方式、谐振腔输出镜损耗、受激瑞利散射对受激布里渊散射的影响较大,尤其是受激瑞利散射为谐振腔提供了附加反馈,不仅压窄激光信号的线宽,而且使得受激布里渊散射的阈值迅速降低。     

基于受激布里渊散射的调Q光纤激光器研究

为了获得窄脉宽和高功率的光纤激光脉冲,对基于受激布里渊散射的脉冲抽运调Q光纤激光器进行了实验研究.设计了布喇格光纤光栅、掺Yb3+双包层光纤和单模光纤作为线性谐振腔.采用锥形光纤连接抽运模块与掺Yb3+双包层光纤实现了光纤激光器的全光纤化结构.通过脉冲抽运方式,利用光纤中的非线性效应——背向受激布里渊散射对激光进行混合调Q,得到了纳秒量级的脉冲输出,其脉宽为400ns,平均功率2.5W,重复频率15kHz.结果表明,通过脉冲抽运方式,利用光纤中的受激布里渊散射能够有效地压缩输出脉冲的线宽,实现高功率输出.     

基于SESAM的全光纤被动锁模光纤激光器

研究实现了一种主振荡功率放大（MOPA）结构的高功率全光纤皮秒级被动锁模掺镱（Yb3+）光纤激光器。种子源为基于半导体可饱和吸收镜（SESAM）的锁模光纤激光器,其为线性腔结构,输出功率为5.97 mW;预放大级采用单模掺镱光纤进行放大,之后经过4倍重复频率倍增系统和两级双包层掺镱光纤放大器,最终实现了平均功率74.3 W,中心波长1063.4 nm,脉冲宽度7.0 ps,重复频率68 MHz的锁模脉冲激光输出。实验中通过对种子光的处理和光纤长度的控制,未出现受激布里渊散射（SBS）、受激拉曼散射（SRS）等非线性效应。     

国产锥形光纤实现4.2kW近单模窄线宽激光

<正>近年来,高功率窄线宽光纤激光在非线性频率变换、光束合成等领域有广泛的应用需求。受限于非线性效应[受激拉曼散射（SRS）和受激布里渊散射（SBS）]和模式不稳定（TMI）效应等,目前基于常规商用大模场光纤实现了最高5kW级的窄线宽掺镱光纤激光输出。纤芯直径沿光纤纵向变化的锥形光纤逐渐被用于高功率光纤激光器中,在抑制非线性效应、保持光束质量等方面展现了优势。目前,基于锥形光纤实现了最高5kW级的宽谱光纤激光输出。     

基于光纤环形镜的光纤激光器的优化设计

对基于光纤环形镜和光纤光栅的线形腔光纤激光器进行了优化设计.以光纤光栅作为激光器的输出端镜,分别将光纤环形镜和非线性放大环形镜与其构成激光器的谐振腔;在光纤光栅与光纤环形镜构成的谐振腔中引入偏振控制器,并以加入偏振控制器的环形镜作为激光输出端镜,对上述三种实验装置的激光输出特性进行了分析比较.     

全光纤化自脉冲抑制的连续稳定运转掺镱光纤激光器

光纤中的非线性效应是限制高功率 光纤激光器发展的重要因素。通过抑制激光器时域的不稳定性(自 脉冲现象),可以提升非线性效应的阈值。基于全光纤化的谐振 腔引入了简单的光纤珐珀腔,使噪声抖动降至原先的1/3,并实现了自脉冲 抑制的稳定的连续激光输出。这种简单的腔结构保持了较高的 斜率效率(76.5%),实现了高功率的激光输出(48.7 W泵浦光产 生36.5 W激光)。这种腔结构中的全光纤化谐振腔不仅可以用作稳定的 连续激光运转激光器,而且还可以用作更高功率光纤放大器的种子,用于限 制非线性效应的产生。     

双包层掺镱光纤研究进展

双包层掺镱光纤技术使高功率光纤激光器和放大器成为可能。最近几年随着制造技术和器件应用技术的发展双包层掺镱光纤也有了飞速发展,但是激光器的输出功率却受到受激拉曼散射和布里渊散射等非线性效应的限制,可以通过降低纤芯数值孔径、大模面积等方式来克服这种限制。分析和讨论了双包层掺镱光纤的激光放大原理、大模面积双包层掺镱光纤、多芯双包层掺镱光纤和微结构双包层掺镱光纤,介绍了掺镱光纤的研究现状和发展趋势。     

高功率光纤激光器和放大器的非线性效应管理新进展

受激布里渊散射、受激拉曼散射、自相位调制等非线性效应限制了高功率光纤激光器、放大器的输出功率和传输特性.通过改进光纤的几何结构、材料成分、制作工艺、工作环境等可以克服这些限制.在分析了光纤激光器、放大器中几种非线性效应的产生机理、功率阈值特点后,着重介绍了采用大模场光纤设计、变化光纤掺杂成分及分布、纳米粒子直接掺杂技术以及控制应力、温度场调制等新方法、新技术在非线性效应管理中的应用,最后指出合理的方案.     

180 W单频全光纤激光器

高功率单频光纤激器在相干探测、功率光谱合成等方面具有广泛的应用前景。分析了高功率单频光纤激光器中受激布里渊散射效应的抑制方法,研究了放大级特性对受激布里渊散射效应的影响。采用线宽为70 kHz的单频光纤激光器作为种子源,经两级光纤放大,实现了中心波长1 064.1 nm、线宽70 kHz、最高功率为180 W的单频全光纤激光输出,光-光转换效率71.1%,光束质量Mx2=1.2,My2=1.21。分析了改变放大级特性前后输出功率提升的原因,认为改变放大级的温度分布减小了受激布里渊散射效应的增益系数,提高了输出激光的受激布里渊散射阈值,促使改变放大级温度分布后的输出功率大幅提高。该激光器的输出功率仅受限于泵浦功率,进一步提高泵浦功率,有望实现更高功率的单频光纤激光输出。     

Multiwavelength Raman fiber-ring laser based on tunable cascaded long-period fiber gratings

Multiwavelength Raman fiber lasers using intracavity tunable cascaded long-period fiber gratings (LPFGs) are discussed. The application of the cascaded LPFGs as a multichannel fiber filter for the multiple-wavelength generation is proposed and experimentally demonstrated. The characteristics of multiwavelength fiber-ring lasers can be controlled by changing the physical parameters of cascaded LPFGs such as the separation distance between the gratings, grating length, and number of gratings. The multiwavelength Raman fiber-ring laser with nine wavelength-division-multiplexing channels with 100-GHz spacing and 19 channels with 50-GHz spacing has been achieved by varying the physical parameters of cascaded LPFGs.     

Subpicosecond pulse compression and Raman generation using amode-locked erbium-doped fiber laser-amplifier

Pulses of 20 ps duration from a 1536-nm erbium-doped fiber laser mode-locked at 10 MHz were soliton-compressed in a 1-km fiber to 1.5 ps. The pulses were then amplified in an erbium-doped fiber amplifier and compressed in a second fiber to less than 300 fs. Pulses give rise to stimulated Raman scattering in fibers; the direct output from the erbium fiber laser-amplifier has sufficient peak power to pump fiber Raman lasers. The sources can be made very compact and, with laser diode pumping, an all-fiber design can be realized. Such sources will find use in high-speed optical and electrooptical sampling instrumentation. Peak powers are high enough to study the nonlinear fiber effects that usually require a high-power Nd:YAG or color center laser     

Actively Q-switched fiber lasers: Switching dynamics and nonlinear processes

The Q-switching characteristics of actively Q-switched fiber lasers, especially the inconsistency of experimental observations with traditional Q-switching theory, are reviewed first in this paper. Based on a few typical high-power Q-switched rare-earth-doped fiber lasers, the switching dynamics in the linear and ring fiber cavities is then systematically illustrated under different fiber, pumping and switching conditions by using the traveling wave method, which leads to a new understanding of Q-switched fiber lasers. In particular, the switching-induced perturbation and its influence on the Q-switched outputs are emphasized, and some experimental demonstrations are shown for the purpose of comparison. Nonlinearity is an important concern in these lasers due to the high-power optical pulses confined in small fiber cores. In the second part of this paper, some nonlinear effects, such as self-phase modulation (SPM), four-wave mixing (FWM), stimulated Raman scattering (SRS) and stimulated Brillouin scattering (SBS), in Q-switched fiber lasers are discussed. In particular, their temporal and spectral influences on the Q-switched outputs are analyzed experimentally and theoretically. These theoretical analyses and experimental demonstrations provide a complete picture of the switching dynamics and optical nonlinear processes in Q-switched fiber lasers, and are hence important for laser optimization and control.     

Broad-band injection seeding of an erbium-doped fiber ring laser

We present a broad-band (40 MHz) injection-seeded erbium-doped fiber ring laser with a low finesse cavity. Broad-band operation is achieved by seeding an arbitrary number of longitudinal modes in this cavity. This fiber laser is advantageous because it has the potential to substantially suppress stimulated Brillouin scattering for lidar applications.     

基于旋转折变型长周期光纤光栅对的高分辨率扭曲传感器

报道了一种基于光纤环形激光器和旋转折变型长周期光纤光栅(R-LPFG)对的高分辨率扭曲传感器。激光器的环形腔中包含由一对相同R-LPFG)形成的Mach-Zehnder干涉仪(MZI)。R-LPFG是利用CO2激光器在扭曲单模光纤(SMF)上写入的,通过激光器输出波长的漂移量及漂移方向可以实现对施加在MZI上的扭曲量和扭曲方向的同时测量。由于激光器的输出具有线宽窄和对比度高的优点,因此本文的扭曲传感器比普通的无源扭曲传感器测量更加精确。该扭曲传感器在±100rad/m范围内的灵敏度为0.084nm/(rad/m);当光谱仪(OSA)的分辨率为10pm时,传感器的扭曲分辨率可达0.12rad/m。     

国产双锥形光纤实现4kW单模激光输出

基于自主研制的双锥形掺镱双包层光纤,开展了全光纤高功率光纤激光放大实验。激光系统实现了中心波长为1080 nm、最高功率为4 kW的单模激光输出,其光光效率和斜率效率分别为82%和83%,质量因子(M²)为1.33,拉曼抑制比为44 dB。实验结果表明,双锥形光纤具有同时提高非线性效应和模式不稳定性效应阈值的优势,有利于进一步提升高光束质量光纤激光器的输出功率。     

高阶效应对微结构光纤中超连续谱产生的影响

采用分布傅立叶方法求解了广义非线性薛定谔方程（GNSE）,数值模拟了飞秒激光脉冲在微结构光纤中的非线性传输和超连续谱的产生,详细分析了脉冲拉曼散射、自陡峭效应以及三阶色散对超连续光谱产生的影响。分析结果表明：超短脉冲在微结构光纤中传输时出现孤子自频移现象,同时也发现脉冲内拉曼散射和自相位调制的联合作用导致高阶孤子分裂,光谱得到极大展宽,在时域中出现两个滞后的拉曼孤子,三阶色散和自陡效应对光谱的形状影响较小,起着与脉冲内拉曼散射相反的作用,自陡效应比三阶色散效应对光脉冲的影响大一些。     

长周期莫尔光栅的实验研究

相移长周期光栅和变迹长周期光栅作为两种特殊的长周期光纤光栅,由于其特殊的光谱特性,受到了人们的关注。结合长周期莫尔光栅理论,利用紫外逐点写入和两次曝光法,通过灵活地控制两次曝光的周期、起始位置、曝光量等制作参数,在高掺锗载氢光纤上写入了多种长周期莫尔光栅,实现了长周期光纤光栅的相移效应和变迹效应。结果表明,莫尔技术可以被很好地应用于相移长周期光栅和变迹长周期光栅等特殊光栅的制作。