高功率光纤拉曼激光器研究进展

随着大功率半导体抽运技术和新型光纤结构的发展,高功率光纤拉曼激光器逐渐成为研究的热点。从锗硅单包层光纤、双包层光纤以及光子晶体光纤拉曼激光器的物理模型入手,介绍了高功率光纤拉曼激光器的基本理论,指出了它们各自的优缺点和最新的研究进展。论述了当前窄线宽光纤拉曼放大器的最新进展、存在的技术难点以及解决方法。展望了光纤拉曼激光技术在高功率激光器方面的发展前景。     

完美平顶涡旋光束北大核心CSCD

由于能够提供独特的光-物质交互界面,携带净轨道角动量的各类涡旋光束成为光场调控研究的热点问题。随着相关研究的不断深入,光镊以及非线性光学领域都特别需要一种具有均一空间强度分布且无曲率相位梯度的"完美平顶涡旋"光束。针对这一问题,从理论出发基于超高斯模型提出"完美平顶涡旋"的复振幅计算全息产生技术,并利用相位型空间光调制器构成的数字傅里叶变换系统实验论证了"完美平顶涡旋"在焦场区域的可控产生与调控,重点阐述了在给定孔径限制条件下获取光滑涡旋奇点的强度控制原理及方法。     

用于光纤拉曼放大的高功率光纤激光器

综述用于光纤拉曼放大器的高功率光纤激光器，详细分析了双包层光纤激光器工作原理及其关键技术；介绍了双包层光纤激光器抽运的级联拉曼光纤激光器的最新进展，并展望了这一领域的发展。     

矢量涡旋光束的表征及腔内生成技术北大核心CSCD

矢量涡旋光束是一种新型的结构光场,具有螺旋相位和横截面各向异性偏振分布,在光镊、旋转体探测、光通信、高分辨率成像、量子信息等领域展现出广泛的应用前景。随着研究的不断深入,对矢量涡旋光束的复杂光场模式分布要求越来越高,给矢量涡旋光束的生成技术带来了巨大的挑战。此外,如何更加实用且有效地完备表征矢量涡旋光束的模场分布、模式特性亦是其应用的重要基础。本研究团队长期从事包括矢量涡旋光束在内的结构光场调控及应用技术研究,提出了多种输出模式连续可调的矢量涡旋光束腔外、腔内生成技术。介绍了近年来本课题组在矢量涡旋光束的表征和腔内生成方面的主要工作,包括矢量涡旋光束总角动量态的四参量表征法、激光谐振腔内横纵模调控技术等,并在此基础上报道了人眼安全波段全固态矢量涡旋光束激光器。     

高功率光纤激光器

光纤激光器是一种可用简单方式获得的全固态高亮度激光热源，它具有以1m焦距实现高速焊接的光束品质及高生产效率，其机壳很小，可用小型卡车搬运。光纤激光器的输出功率能达到10kW，因此有望用于桥梁和钢管等的焊接。     

应用于拉曼泵浦的高功率激光器

光纤拉曼放大器由于优良的特性成为未来宽带光纤网络的重要组成部分,而拉曼放大器实用化的关键就是可靠的高功率泵浦源,如何获得具有合适波长的泵浦源是研究的热点。本文介绍了国外这方面近年来的研究进展和设计方案,总结出了拉曼泵浦的发展方向。     

高功率光纤激光器及其关键技术

概述了高功率光纤激光器的关键技术,并介绍了通过实验使光纤激光器获得最大输出功率6.02 W.     

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%。     

基于光学衍射神经网络的完美涡旋光轨道角动量识别北大核心CSCD

完美涡旋光束(POVB)是径向强度分布和半径均与光束轨道角动量(OAM)状态无关的一类涡旋光,已被应用于光学操控、光通信、激光材料处理等领域。其中, POVB轨道角动量状态的探测是关键且有挑战的技术。本研究通过并行梯度下降算法,构建了光学衍射神经网络(DNN),实验上实现了轨道角动量阶数在-50~+50范围内的POVB的识别。在此过程中,衍射转换效率可达58%。本研究为POVB的OAM探测提供了新的思路,在POVB的各类应用中均存在潜在应用价值。     

级联拉曼光纤激光器

只要具备合适的泵源，拉曼光纤激光器可以在很大的波长范围获得激光输出，并可进行宽带调谐。本文从结构、原理和工作特性范围方面对三类级联拉曼光纤激光器的最新进展进行了系统的概述，并指出了其发展趋势。     

级联拉曼光纤激光器研究进展

稀土掺杂光纤激光器因受限于稀土元素的发射截面,只能在特定波长范围输出激光。理论上级联拉曼光纤激光器只要有合适的泵浦源和适当的谐振腔,即可输出任意波长斯托克斯光。以1064nm掺镱光纤激光器作泵浦源为例,以锗硅光纤为拉曼增益媒质,目前报道的级联拉曼光纤激光器输出的斯托克斯光波长范围为1120~2200nm。由于增益光纤具有很宽的拉曼增益谱,级联拉曼光纤激光器可进行宽带调谐,也可同时输出多个波长。级联拉曼光纤激光器不仅用于光通信上拉曼光纤放大器和远程泵浦掺铒光纤放大器的泵浦源,也可广泛用于超连续波产生、光传感、光成像等领域。对近几年来级联拉曼光纤激光器在理论设计基础、单、多波长级联拉曼光纤激光器等方面获得的取得的最新进展进行了概述。     

拉曼光纤激光器的初步研究

采用标准单模石英光纤作为拉曼增益介质,国产镀膜镜作为谐振腔镜,在1064nm 光纤 激光器的泵浦作用下,在波长1123nm 获得了一级拉曼激光输出。实验观察了激光的形成过程。     

高功率双包层光纤激光器的受激拉曼散射

受激拉曼散射(SRS)会限制光纤激光器功率的提高。利用光纤激光器的功率传输方程,理论分析了高功率掺Yb3 双包层光纤激光器中的受激拉曼散射效应,得到了纤芯直径、光纤长度、掺杂浓度以及抽运方式对光纤激光器特性的影响。通过分析,得到了增大纤芯直径、减小光纤长度、降低掺杂浓度以及合理的抽运方式可以有效地减小拉曼散射的影响。利用已有的实验结果对理论模型进行了对比,证明了理论模型的正确性。所得的结果对设计实现高功率双包层光纤激光器提供了理论依据。     

二级级联拉曼光纤激光器的特性

对二级级联拉曼光纤激光器(RFL)的输出光谱特性进行了研究,利用理论模型讨论了高反腔输出光谱的分裂、对称以及随光栅中心波长改变而形成不对称的现象。实验得到了各级光功率的相互关系:随着抽运功率的增大,产生第一级斯托克斯(Stokes)波,剩余抽运功率有一个衰减的阶段;抽运功率继续增大,第二级斯托克斯波产生后,第一级斯托克斯波功率达到饱和,剩余抽运功率又开始线性增长。利用功率沿光纤长度分布的模型,分析了二级级联拉曼光纤激光器的功率特性,理论模型与实验结果相吻合。     

高阶衍射级光束的轨道角动量北大核心CSCD

为研究高阶衍射级光束的轨道角动量,基于计算全息法在空间光调制器的傅里叶平面产生了不同衍射级的完美涡旋光束,并利用球面波干涉法对其拓扑荷值进行了测量。理论和实验结果表明不同衍射级p上的整数阶和分数阶完美涡旋光束的拓扑荷值l都满足l=mp的关系,其中m是相位掩模板的拓扑荷值。并进一步对不同衍射级的光学涡旋阵列进行了实验研究,结果表明光学涡旋阵列中光学涡旋的拓扑荷值满足l=p的关系,高阶衍射级上的衍射光束比+1级衍射光束具有更大的轨道角动量。该研究为光学涡旋及光学涡旋阵列进一步的研究及应用提供了理论和实验参考。     

1.3kW拉曼光纤激光器

<正>近年来,高功率光纤激光器发展迅速。1μm波段对应的掺镱光纤激光器,近衍射极限输出功率可达20kW,多横模输出功率可达100kW。此外,2μm波段的掺铥光纤激光器和1.5μm波段的掺铒光纤激光器输出功率分别达到了1kW和0.3kW量级。尽管如此,这些光纤激光器的输出波长,因稀土离子能级跃迁的限制,仅能覆盖有限的光谱范围。基于光纤中受激拉曼散射效应的拉曼光纤激光器是拓展光纤激光器波长范围的有效手段,目前报导的最高功率为数百瓦量级。     

高功率光纤激光器光纤器件封装应力影响研究

高功率激光器无源器件制作过程中封装不当引入的应力,会导致信号光光束质量劣化和光纤温升,为了解决此问题,理论分析了光纤形变对信号光模式分布的影响,利用有限元方法建立包层光导致光纤发热模型,实验研究了不同封装方式对光纤发热情况和信号光光束质量的影响。实验表明,应力导致的光纤形变会造成信号光M2值在受力方向上略微变小而其垂直方向上变大,在输出100 W信号光时,施加应力导致的M2值的变化最高为0.39,与仿真结果相符。在光纤温升方面,相比于使用硬质胶水带来的12 ℃温升,使用硅橡胶封装的剥离器将温升控制在5 ℃以内,且其封装应力引入的M2值的变化在0.05以内。     

N阶级联拉曼光纤激光器理论模型

考虑拉曼光纤纤芯有效面积随Stokes光波长变化,提出了一种改进的Ⅳ阶级联拉曼光纤激光器理论模型.根据该理论模型,按照拉曼光纤激光器级联阶数N的奇偶性分别推导出了第N阶Stokes光输出功率的解析表达式.通过忽略经输出耦合器反射回拉曼光纤输入端的残余泵浦光功率,计算了5阶级联拉曼光纤激光器的输出特性,并与相关文献上的实验数据进行了比较,结果显示文中的计算结果与实验结果相吻合.文中的理论模型对于设计N阶级联拉曼光纤激光器有一定指导意义.     

一种基于S波段缝隙贴片的双频涡旋波天线北大核心CSCD

随着5G等新一代通信技术的迅速发展,对信道容量和频谱利用效率的需求越来越高。以双频天线为阵元进行组阵,将同时在两个谐振频率处产生OAM波束,大大提高了频谱的利用率。本文提出一种基于S波段缝隙贴片的双频涡旋波天线。其由八个阵元以60mm为半径均匀排列,阵元为切角U型槽天线,采用同轴馈电。通过调节该双频涡旋波天线各阵元的馈电相位,实现了在2.7 GHz和3.7 GHz处同时产生七种不同模态的OAM波束。仿真结果显示：其在低频处|S11|<-10dB的回波损耗带宽为0.24 GHz(2.57～2.81 GHz),高频处为0.25 GHz(3.57～3.82 GHz)。双频带内隔离度均大于23dB。本天线可以进一步提高雷达系统的分辨率。