基于45°倾斜光栅的重复频率可切换被动谐波锁模光纤激光器

基于非线性偏振旋转（NPR）技术,搭建了一台重复频率可切换的被动谐波锁模掺铒光纤激光器。腔内45倾斜光纤光栅（45 TFG）作为一种理想的光纤型起偏器,与两侧偏振控制器（PC）一起实现非线性偏振旋转效应,实现激光器的稳定锁模输出。在673 mW恒定泵浦功率下,通过调节腔内的PC,观测到了从基频到37阶谐波等多种锁模状态。该激光器可产生稳定的最高重复频率脉冲为783 MHz,对应的谐波阶数是37阶,且具有41 dB的边模抑制比（SSR）。高重复频率且稳定性好的脉冲可用于特定的应用中,如现代光通信系统、光学传感等。     

全光纤结构锁模脉冲光纤放大器

随着光纤技术的不断发展,光纤激光器以其体积小、结构紧凑、高效率、光束质量好、高稳定性等优点逐渐受到重视。近些年,具有高峰值功率、高重复频率和高单脉冲能量的脉冲光纤激光器越来越成为研究和应用领域的热点。利用自行搭建的环形腔光纤激光器,获得了稳定的自启动锁模脉冲种子源,以掺Yb双包层光纤为增益介质,采用包层泵浦的方式和主振荡功率放大结构(MOPA),通过两级放大,使平均功率为70 mW的信号光得到25.2 dB的增益,获得了平均功率23.07 W,中心波长1 064 nm、重复频率41.3 MHz,脉冲宽度50 ps,单脉冲能量0.56μJ,峰值功率11.2 kW的锁模脉冲激光,光光转换效率为42.4%,实现了全光纤结构的锁模脉冲放大器。     

1.7 μm全光纤锁模脉冲掺铥光纤激光器研究

1.7 μm超短脉冲光纤激光器在生物成像和材料加工等领域具有重要的应用前景,受到了科学家们的极大关注。基于非线性偏振旋转锁模技术,实验搭建了全光纤结构的1.7 μm锁模脉冲掺铥光纤激光器。通过在激光器内加入光纤滤波器抑制掺铥光纤中的长波激光发射,同时采用纤芯泵浦的方式有效获得了1.7 μm波段的增益。激光器输出脉冲的光谱中心波长为1733 nm,3 dB带宽为6.3 nm。锁模脉冲的重复频率为19.56 MHz,平均功率为1.4 mW。同时,数值模拟了脉冲在激光器的腔内演化。文中提出的1.7 μm全光纤锁模激光器有利于进一步提高1.7 μm激光源的稳定性和集成度,在生物成像等领域具有重要的应用价值。     

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。     

同时输出LP01/LP11模式的布里渊少模光纤激光器研究

为了获得光纤激光器的基模LP₀₁和高阶模式LP₁₁同时输出,采用环形腔结构,少模光纤的受激布里渊散射效应和单模掺铒光纤的增益共同提供腔内放大,利用模式选择耦合器进行腔内模式间的转换,单模/少模光纤耦合器分别提供激光输出。实验结果表明,LP₀₁模式和LP₁₁模式能够同时输出,和种子光相比波长偏移均为0.12 nm,输出光谱信噪比分别为22.69 dB和74.827 dB,功率转换效率分别为4.6×10^-3%和7.827%,波长稳定性分别为0.54 nm和0.026 nm,功率稳定性分别为3.277 dB和1.262 dB。研究结果可为多输出模式光纤激光器的后续应用提供参考光源。     

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。     

全保偏非线性偏振环形镜锁模掺铒光纤激光器

研究了基于非线性偏振环形镜锁模的全保偏光纤激光器锁模机制。在非线性偏振环形镜中,用偏振分束器取代传统的非线性放大环形镜锁模激光器中的光纤耦合器,并辅以非互易性元件和增益光纤,作为全保偏光纤激光器中实现稳定锁模的核心器件。构建了一台基于非线性偏振环形镜的掺铒光纤锁模激光振荡器,实现了重复频率75 MHz,时域脉冲宽度141 fs,总输出功率约30 mW的稳定锁模脉冲序列输出。该激光器具有双向输出,且通过调节腔内波片可调节输出功率。此外,对激光器输出功率和重复频率的稳定性进行了评价,在自由运转情况下,1 h内输出脉冲序列的平均功率波动小于0.05%,重复频率的1 s相对稳定度为2.010-8。该结构的全保偏光纤激光器可开机自启动锁模,且环境稳定性高、重复频率较高、脉冲宽度窄,能满足激光测距、激光加工、激光光谱成像、航天等应用对超短脉冲光源的需求。     

石墨烯锁模的全保偏光纤激光器

报道了一种基于反射式石墨烯可饱和吸收镜锁模的全保偏掺铒光纤激光器。分别使用单层和十层石墨烯作为可饱和吸收器件,通过全保偏结构,避免了外界环境对腔内偏振态的影响,获得了高稳定性、高偏振度、易自启动的锁模脉冲输出,脉冲宽度分别为697 fs和502 fs。实验表明,十层石墨烯相比于单层石墨烯能够获得更窄的脉冲宽度,更高的峰值功率,具有好的锁模效果。研究同时发现,经十层石墨烯锁模,进一步提高泵浦功率,可在全保偏光纤腔中获得重复频率62.94 MHz的二阶谐波锁模脉冲输出。并通过非线性薛定谔方程对谐波锁模产生的机理进行了分析。这种基于反射式可饱和吸收镜的全保偏锁模光纤激光器有望成为实现基频锁模与谐波锁模可切换的单偏振激光源。     

高能量全光纤结构被动锁模2.0μm掺铥超短脉冲光纤激光器

报道了高脉冲能量全光纤结构半导体可饱和吸收镜锁模的2.0μm波段掺铥超短脉冲光纤激光器。在抽运功率为1.8W时,开始得到稳定的重复频率为14.3MHz的锁模激光脉冲,平均输出功率为5mW;当抽运功率增加到3.8W时,最大平均输出功率达到59mW,相应的最高单脉冲能量为4.1nJ。此时测得锁模激光脉冲的脉宽为2.2ps,中心波长为2015nm,3dB光谱带宽为2.9nm。     

可调谐全正色散掺镱光纤激光器

利用相位长周期光纤光栅作为光谱滤波器,熔接于全正色散掺镱光纤激光系统中,从而实现了具有波长可调谐的连续激光输出和被动锁模激光脉冲输出,可调谐激光波长范围分别为11.4 nm和10.5 nm.通过调节偏振片改变激光腔内的偏振状态,输出锁模脉冲实现脉冲宽度的可调谐,其调谐范围为3.6~1.2 ns.在530 mW的最大泵浦功率下,得到了重复频率为2.5 MHz、最大单脉冲能量为38.9 nJ的锁模脉冲输出和最大输出功率为124 mW的连续激光输出.     

基于倾斜光纤光栅的连续可调谐锁模激光器

以45°倾斜光纤光栅为起偏器,采用非线性偏振旋转技术,搭建了一台基于45°倾斜光纤光栅和锥型光纤的波长可调谐被动锁模光纤激光器。当输入抽运功率为454 mW时,可实现稳定的锁模脉冲输出,输出脉冲的中心波长为1568.8 nm,输出功率为2.31 mW,3 dB带宽为4.5 nm,脉宽为1.3 ps。锥型光纤作为可调节衰减器,改变了腔内的损耗,实现了波长从1568.8 nm到1560.24 nm的连续可调谐。该激光器可以应用在传感、光谱测量和通信等领域。     

高次谐波锁模飞秒掺镱光纤激光器的噪声情况

高重复频率的飞秒激光在高速激光测距和三维成像等领域有着非常重要的作用。其中基于飞秒光纤激光器的高次谐波锁模是获得GHz量级以上高重复频率脉冲的重要手段之一。基于含腔内光栅对色散补偿的非线性偏振旋转（NPR）锁模的掺镱（Yb）光纤激光器,在180 mW泵浦光时获得了稳定的143 MHz基频锁模脉冲序列,当泵浦光功率升至1 W时获得了最高20次谐波（2.86 GHz）锁模脉冲序列输出。系统地对比研究了基频锁模与高次谐锁模状态下,脉冲重复频率精密锁定后的艾伦偏差和相位噪声,7次谐波锁模状态下重复频率锁定精度能够保持在10?13 Hz@1 s的稳定度,为高次谐波锁模飞秒激光脉冲序列用于精密测量提供了实验依据。     

双级单泵浦结构的高斯型掺铒光纤光源研制

高斯型掺铒光纤光源稳定性高，可有效减小光纤陀螺相位误差，从而提高光纤陀螺的测量精度。通过对掺铒光纤光源的经典结构进行理论分析，提出了由双程前向结构和单程后向结构复合而成的双级单泵浦结构，并对其进行光路结构仿真，以确定最佳的光路参数范围。泵浦输出波长和功率的稳定性直接影响光源的功率稳定性和平均波长稳定性，因此针对电流驱动型泵浦激光器设计了恒流驱动方案和恒温控制方案。试验结果表明，所研制的掺铒光纤光源在-45～65℃的温度范围内，全温功率变化率为8.27%,全温平均波长稳定性为1.7×10^-6 K^-1。     

高稳定性的全光纤化调Q脉冲光纤激光器研究

搭建了一台高稳定性的全光纤调Q脉冲光纤激光器,采用光纤光栅和国产掺镱双包层光纤构成的线性F-P腔结构,以带尾纤的声光调制器(AOM)作为Q开关,并用915 nm波长的多模半导体激光器进行端面泵浦,实现了中心波长1064 nm,平均功率1.4 W的稳定脉冲激光输出。在重复频率20 kHz的条件下,以该调Q激光器作为种子源,经过一级功率放大,最终获得了平均输出功率10.68 W,脉冲宽度120 ns的激光输出,相应的脉冲能量为0.5 mJ,峰值功率为4.45 kW。并且该激光器在8 h内的功率不稳定性为1.1%。     

非线性偏振旋转锁模光纤激光器数值模型

利用二能级Giles模型来计算掺铒光纤增益,并通过琼斯矩阵描述偏振控制器,提出了一种基于非线性薛定谔方程的非线性偏振旋转锁模光纤激光器的数值模型。该模型具有物理意义更加清晰、便于分析泵浦功率对锁模影响的优点。采用1.0 m长的掺铒光纤、5.8 m长的单模光纤和85:15的输出耦合器,当泵浦功率为25 mW时数值计算得到均方根宽度为0.30 ps的超短脉冲。研究了泵浦功率对锁模脉冲波形和光谱的影响,并讨论了泵浦功率与掺铒光纤中增益分布的关系。通过实验得到了锁模脉冲,其光谱形状与仿真得到的结果相似。测量了不同泵浦功率下脉冲的平均功率,变化趋势也与理论值吻合。     

基于石墨烯可饱和吸收的锁模光纤激光器研究

报道了一种基于单层石墨烯可饱和吸收体调Q锁模的全保偏结构掺铒光纤激光器。研究了单层石墨烯作为可饱和吸收体实现调Q锁模后的激光特征,获得了中心波长1557.69 nm的激光输出。调Q锁模脉冲包络重复频率11.49~40.41 kHz范围变化,包络宽度在10.1~3.62 μs范围变化。在泵浦功率为191.3 mW时,激光器最大输出平均功率9.354 mW,最大光-光转换效率为4.89 %。     

高次谐波混合锁模脉冲生成及其数值仿真研究

对混合锁模掺铒光纤激光器中高阶谐波锁模脉冲生成进行了试验和仿真研究。利用非线性偏振旋转技术和碳纳米管可饱和吸收体相结合的混合锁模技术，有效降低谐波脉冲锁模泵浦阈值，更加有利于锁模自启动。通过增加泵浦功率，利用峰值功率钳位和孤子能量量化效应，可实现泵浦功率和脉冲重复频率呈线性关系的谐波锁模脉冲输出。当泵浦功率调节为198.8 mW时，激光器最高输出重复频率约为1.31 GHz,约72阶谐波锁模脉冲，其超模抑制比约为35 dB。同时采用基于修正的非线性薛定谔方程进行了数值模拟，通过调节小信号增益系数为3.4和4.4时，单脉冲分裂为等周期间距的2阶和3阶谐波锁模脉冲，数值仿真结果和试验数据基本相吻合。谐波混合锁模脉冲生成的试验和理论结果有利于进一步了解光纤激光器中谐波脉冲的生成原理和方法。     

基于光纤可调滤波器的1024 nm锁模脉冲产生与放大研究

1024 nm波长的脉冲激光在角分辨光电子能谱测量等领域有着不可或缺的用处,因此采用基于非线性偏振旋转(NPR)锁模的全正色散掺镱光纤激光器作为种子源,搭建了包含光纤可调滤波器的主振荡功率放大系统,实现了1024 nm激光放大输出。理论上基于金斯伯格-朗道方程模拟了NPR锁模的耗散孤子脉冲演化过程,实验上获得了耗散孤子脉冲输出,并且研究了锁模脉冲的建立过程,将其与理论仿真结果相比,结果基本吻合。通过可调滤波器对种子光进行滤波,并进行预放大及放大实验,当放大级泵浦功率为5 W时,得到中心波长为1024 nm、平均功率为1.1 W、脉冲能量为51 nJ、重复频率为21.5 MHz、信噪比为67.5 dB的稳定锁模脉冲输出。     

调Q锁模类噪声方波脉冲掺铒光纤激光器

对基于非线性偏振旋转技术的L波段掺铒被动锁模光纤激光器中产生调Q锁模类噪声方波脉冲进行了实验研究。该类型脉冲中调Q包络内部包含的脉冲是基频方波,通过自相关迹证实该方波为类噪声脉冲。为了容易实现类噪声方波脉冲输出,将一段250 m普通单模光纤引进激光腔内。适当调节腔内的偏振控制器和泵浦功率,获得了基频为778.21 kHz的连续波锁模类噪声方波脉冲和由3.81 kHz可调谐到9.01 kHz的重复频率,单个调Q包络最高能量为1.06 J的调Q锁模类噪声方波脉冲。研究结果有利于进一步理解被动锁模光纤激光器中类噪声脉冲和调Q锁模的机理和特性。     

高功率被动锁模2.0μm掺铥飞秒脉冲光纤激光器

报道了高功率半导体可饱和吸收镜被动锁模的2.0μm掺铥飞秒脉冲光纤激光器的实验结果。该光纤激光器利用半导体可饱和吸收镜与宽带全反射镜来构成线型法布里-珀罗腔,自制的1550nm连续掺铒光纤激光器作为激光抽运源。当抽运功率为312mW时,开始得到稳定的重复频率为53MHz的锁模激光脉冲串。当抽运功率增加到472mW时,得到的最大平均输出功率为50mW,相应的最高单脉冲能量为0.94nJ;此时测得锁模激光脉冲的宽度为907fs,激光的中心波长为1939.5nm,3dB光谱带宽为4.6nm。