双波长单纵模掺铒光纤环形激光器设计及实验研究

为了实现1550nm正交线偏振双频激光输出,设计了一种复合环形腔双波长单纵模掺铒光纤(EDF)激光器,以保偏光纤Bragg光栅作为波长选择元件,并采用未抽运掺铒光纤饱和吸收体作为激光单纵模选择元件,从而实现正交线偏振1550nm双波长单纵模激光稳定振荡输出。简要介绍了复合环形腔选模及未抽运掺铒光纤饱和吸收体选模的基本原理,理论分析了未抽运掺铒光纤长度对单纵模选择的影响,实验研究了不同选模情况下双波长激光的振荡特性。实验结果表明:腔内含有保偏光纤Bragg光栅和未抽运掺铒光纤饱和吸收体的复合环形腔。掺铒光纤激光器能够稳定输出1550nm正交线偏振双波长单纵模激光,其波长间隔约为0.344nm。这种双波长单纵模光纤激光器可广泛应用于激光传感与测量以及密集波分复用(DWDM)光纤通信等领域。     

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。     

基于保偏掺铥光纤饱和吸收体的2μm波段超窄线宽光纤激光器

制作了一种单纵模超窄线宽环形腔掺铥光纤激光器,使用未抽运的保偏掺铥光纤作为饱和吸收体,结合光纤光栅法布里-珀罗滤波器,实现了激光器的单纵模运转和超窄线宽输出。实验结果表明:激光器在室温下可以获得中心波长为1942.03nm、光信噪比为63dB的稳定输出。通过100min的连续测量,激光输出功率的波动小于0.62dB,中心波长的波动小于光谱仪的最小分辨率0.05nm,在一定时间内具有良好的稳定性。采用基于频率噪声的线宽测量方法测得0.01s测量时间下的线宽为300Hz,在0.1s测量时间下的线宽约为3kHz。所制作的激光器将在对2μm波段激光纵模及线宽特性有严格要求的领域具有重要应用价值。     

一种基于FBG宽调谐的复合环形腔单纵模光纤激光器

报道了一种宽调谐单纵模光纤激光器。该光纤激光器采用环行器确保腔内激光的单向传输,可以有效消除空间烧孔效应;采用复合腔的Vernier效应选取单个纵模;利用未泵浦掺杂光纤的可饱和吸收效应,有效抑制光纤激光器的跳模现象;同时,利用自行研制的光纤光栅调谐装置,调谐激光器振荡波长。测试结果表明,该单纵模光纤激光器输出激光的线宽为0.7KHz,功率为10mW,波长调谐范围为20nm,且调谐过程中始终保持单纵模特性。     

基于反馈光纤环的双波长单纵模光纤激光器

设计并研制了一种基于反馈光纤环(FFR)和可饱和吸收体(SA)的双波长单纵模(SLM)掺铒光纤激光器(EDFL)。保偏布拉格光纤光栅(PM-FBG)作为激光器的波长选择元件,可产生两个波长激光的输出;通过仿真,选择两个30∶70的光耦合器和一段长为1m的EDF组成的FFR,用以增大纵模间隔,稳定激光的运转;一段长3m的未泵浦EDF作为SA,形成自跟踪窄带滤波器,与FFR一起确保激光器工作在SLM状态。在室温下,泵浦源功率为400mW时,得到了中心波长分别为1 545.45和1 545.90nm、峰值功率分别为8.158和8.898dBm以及3dB线宽均小于0.02nm的双波长SLM激光,输出光信噪比(OSNR)达到60dB。在3h内,双波长激光最大峰值功率波动小于0.45dB。调节偏振控制器,可实现单波长输出,最大峰值功率分别可达13.941和15.432dBm。     

基于复合双环腔及饱和吸收体的单纵模窄线宽掺铥光纤激光器

提出并实现了一种工作在2050 nm波段的单纵模窄线宽掺铥光纤激光器。使用3个耦合器组成的新型复合双环腔抑制密集的多纵模,结合未泵浦的掺铥光纤（作为饱和吸收体）,实现了激光的单纵模激射和窄线宽输出。实验结果表明：室温下,激光器的中心波长为2048.76 nm,光信噪比为68 dB。通过60 min的连续测量,得到激光的输出功率波动不大于0.15 dB,中心波长漂移不大于0.02 nm,证明了所设计的激光器具有良好的波长稳定性和功率稳定性。使用基于3×3光纤耦合器的相位解调系统对激光器的频率噪声特性进行测量,并进一步结合β分割线法测量线宽。当测量时间为0.001 s时,激光器的线宽为9.17 kHz。当频率高于1 MHz时,相对强度噪声低于-125.69 dB/Hz。该激光器在激光雷达和空间光通信系统中具有广阔的应用前景。     

单纵模波长可开关的环形腔光纤激光器

提出并实现了一种单纵模窄线宽输出、波长可开关的光纤激光器.该激光器采用环形腔结构,利用一段未抽运的掺铒光纤(EDF)的饱和吸收效应来实现光纤激光器的单纵模运转与窄线宽输出;同时利用1×2光开关和2个并联的不同中心波长的光纤光栅(FBG)的选波作用,通过控制光开关的电压信号,实现2个输出波长的可开关功能.在17.5 dBm的掺铒光纤放大器(EDFA)输出功率下,获得了2.5 dBm峰值功率,3 kHz线宽的单纵模激光输出;并且输出光的波长在控制电压的作用下可在1545.2 nm和1556.4 nm两个波长之间任意选择.     

一种新型结构的单纵模光纤激光器

单纵模掺铒光纤激光器在光通信和光传感等方面有着广泛的应用前景。设计了一种新型的光纤激光器，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。使用零拍法测量其线宽小于频谱仪的低频极限5kHz。实验结果证明了可饱和吸收体和光纤环的功能。     

复合滤波结构的窄线宽高频微波信号产生装置

为了在较低泵浦功率下实现单纵模双波长激光信号的输出,进而获得窄线宽的高频微波信号,设计并实验了一种基于复合滤波结构的窄线宽高频微波信号产生装置。通过8字腔结构布里渊增益腔和反射式光纤光栅构成的波长选择滤波器实现了4倍布里渊频移间隔的双波长斯托克斯光信号输出,采用200 m长单模光纤作为增益介质,同时与50 m长单模光纤构成级联光纤环结构,采用三端口耦合器与2 m长未泵浦的保偏掺铒光纤构成萨格纳克环结构,利用级联光纤环结构和萨格纳克环结构的复合滤波作用实现了斯托克斯光信号模式的选择,使输出的斯托克斯光信号由多纵模运行状态变为单纵模运行状态。实验证明:通过对输出的单纵模双波长斯托克斯光信号进行拍频检测可得42.85 GHz的高频微波信号产生,线宽为38 kHz;通过改变可调谐泵浦激光器的输出波长,可实现42.25~43.51 GHz范围内的频率调谐;通过稳定性测试,产生的42.85 GHz高频微波信号的频率变化在0.83 MHz内,峰值功率变化在±0.8 dB内,稳定性良好,满足实际应用需求。     

运行于1053nm的单纵模掺Yb光纤激光器研究

研究了运行于 10 5 3nm波长的光纤光栅单纵模掺Yb光纤激光器的特性。其中 ,采用F P腔结构获得 18mW的单纵模激光输出 ,相移分布反馈 (DFB)结构获得 1 3mW稳定的单纵模激光输出。     

Study of fiber laser micro-nano sensor based on colloidal crystal

A fiber laser micro-nano sensor based on colloidal crystal structure is proposed in this paper.The fiber laser has stable frequency and narrow linewidth.It is realized by using an unpumped erbium-doped fiber（EDF）as the saturable absorber.The saturable absorber possesses the shape of taper.The laser threshold can be effectively reduced by the tapered saturable absorber.The tapered fiber coated with colloidal crystal as sensing unit is studied.The concentration of ethanol can be obtained from the detection of the output laser wavelength.It can be extensively used in chemical,medical and biological detections.     

基于石墨烯的掺铒光纤锁模激光波长切换技术

报道了一种基于石墨烯锁模的全保偏掺铒光纤环形短腔实现锁模激光波长切换技术。利用多层石墨烯可饱和吸收镜不仅可实现被动锁模脉冲序列的稳定输出,并可通过三维精密调节,调制腔内信号损耗,有效控制不同波长激光的增益与损耗。实验表明,通过精密调制10层石墨烯膜可饱和吸收镜,在全保偏光纤激光短腔可实现波长1532 nm和1558 nm 处的锁模激光切换输出,并可实现这两波长附近的双波长锁模激光输出,线偏振度可达18 dB。     

基于饱和吸收镜的被动锁模掺铒光纤激光器

为了研究基于半导体可饱和吸收镜的被动锁模光纤激光器的输出特性,采用1480nm的半导体激光器作为抽运源,利用掺铒光纤作为增益介质,以及光纤环行器、偏振控制器、波分复用器和耦合器等构成了环形腔结构的被动锁模光纤激光器。实验中获得了峰值波长1586nm、光谱宽度4.8nm、重复频率11.2MHz、最大平均输出功率8.4mW的稳定锁模激光脉冲输出。结果表明,调整光纤偏振控制器会使光纤激光器输出脉冲的时域波形略微发生变化,在实际应用中需要注意偏振态变化对锁模光纤激光器输出脉冲时域特性的影响。这一结果对于半导体可饱和吸收镜在被动锁模光纤激光器中的应用及其特性具有一定帮助。     

光纤饱和吸收体掺镱全光纤化激光器

报道了一种基于光纤饱和吸收体的掺镱全光纤调Q激光器,为了获得较高峰值功率较窄脉宽的激光脉冲输出,利用掺镱光纤的可饱和吸收效应,以20/130 μm规格的大模场双包层掺镱光纤作为增益光纤,以10/130 μm规格的单模双包层掺镱光纤作为可饱和吸收体来实现被动调Q。该激光器采用全光纤化的结构,结构紧凑,以较低的成本获得了较为高效的脉冲输出。最终获得了平均功率最高为3 W,直线效率约为30%,重复频率为10~100 kHz可调,脉宽最窄为344 ns,光谱宽度为0.05 nm、中心波长为1 064 nm的激光输出。     

Wavelength-switchable single-frequency erbium-doped fiber ring laser

We demonstrate a single-frequency and wavelength-switchable fiber ring laser obtained by a Lyot filter used in combination with a sampled fiber Bragg grating and a saturable absorber. The operating wavelength of the laser can be tuned, with a constant 0.8-nm step, in the range 1552.6-1555.8 nm. The tuning mechanism works on the rotation of the polarization of Lyot filter input signal. The structure of the laser is very simple regarding its characteristics: an output power of 6 dBm, with a signal-to-noise ratio higher than 60 dB and a spectral linewidth of 8 kHz.     

全光纤掺Yb3＋光纤激光器的多波长锁模现象

报道了一种环形腔全光纤掺Yb3+光纤(YDF)激光器的中出现的多波长锁模现象。在腔内无任何选频元件或常规可饱和吸收体的情况下,仅靠YDF的非均匀加宽效应以及增益光纤未泵浦部分的等效可饱和吸收作用实现了稳定的多波长锁模输出,并进行了相关的分析。当泵浦功率为128mW时,得到了稳定的平均功率为1.5mW、重复频率为14.85MHz的基频锁模脉冲序列,边模抑制比为60dB。当泵浦功率逐步增加时,依然可以获得稳定的锁模脉冲,其光谱出现了多个波长峰值,中心波长在1 035nm左右,波长间隔平均为1.5nm,调整偏振控制器(PC),波长数和波长间隔会发生相应的改变。最大泵浦功率达到330mW时,可得到6个等间距的波长输出,平均输出功率为7.23mW。     

基于单壁碳纳米管可饱和吸收体的被动锁模光纤激光器研究

基于单壁碳纳米管(SWCNTs)作为光学可饱和吸收体(SA)的恢复时间快(<1ps)、饱和光强低、锁模自启动、工作光谱范围宽且制备方法简单、成本低、化学稳定性好、易与光纤兼容等优点,利用SWCNTs-SA实现了稳定脉冲序列输出的实验结果。利用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)易成膜且机械性能良好的特点,将SWCNTs与PMMA一起分散在二氯化苯(DCB)溶液中,运用光学诱导作用将SWCNTs吸附在单模光纤(SMF)端面,并加热固化成膜。在光纤激光器环形腔结构中引入SWCNT/PMMA薄膜作为SA,获得了具有稳定的重复频率为8.366MHz的基频锁模脉冲序列,其中心波长在1 562nm,脉冲宽度为1.2ps。     

单频单偏振窄线宽光纤激光器及其放大研究

为了获得高功率单频单偏振窄线宽激光,对一个带单级放大结构的环形腔结构掺铒光纤激光器系统进行了研究。采用作为可饱和吸收体的未抽运掺铒光纤结合作为波长选择器的高反射率光纤布喇格光栅形成超窄带滤波器,在环形腔内加入光纤偏振控制器和具有高消光比的保偏环行器获得单偏振光。环形腔输出后进行单级光放大以提高输出激光光功率。获得了206mW激光输出,输出功率长时间稳定度达到1.4%。通过光纤延迟自外差线宽测试系统得到输出激光线宽小于500Hz,光纤激光器输出光偏振度长时间稳定在99.7%。结果表明,非保偏可饱和吸收体加光纤布喇格光栅结合部分保偏结构可产生单频单偏振窄线宽激光,激光放大对线宽有明显的展宽效果。     

被动锁模掺Er3+氟化物光纤激光器理论研究

根据非线性薛定谔方程建立了基于可饱和吸收体被动锁模掺Er3+氟化物光纤激光器的理论模型,研究了中红外超短脉冲在掺Er3+氟化物光纤激光器中形成的物理机制,数值模拟了被动锁模掺Er3+氟化物光纤激光器中中红外超短脉冲的演化过程,重点分析了掺Er3+增益光纤长度,可饱和吸收体不饱和损耗对被动锁模掺Er3+氟化物光纤激光器产生中红外超短脉冲的影响,并给出了参数设置范围。研究发现:当小信号增益系数、可饱和吸收体不饱和损耗、腔内净色散量为一定值,掺Er3+氟化物光纤长度在一定范围时,才会出现稳定的锁模脉冲,且随着掺Er3+氟化物光纤长度增加脉冲宽度变窄、光谱变宽、峰值功率增高;当掺Er3+氟化物光纤长度、腔内净色散量、小信号增益系数为一定值时,可饱和吸收体不饱和损耗在一定的范围时可以得到稳定的锁模脉冲,且随着可饱和吸收体不饱和损耗的增加脉冲宽度变窄,光谱先变宽后变窄变化范围不大,峰值功率增加。