有限元法模拟掺镱光纤放大器的脉冲放大特性

为了简单、快捷地模拟掺镱双包层光纤放大器的脉冲放大特性,采用有限元软件FEMLAB模拟掺Yb3+双包层光纤放大器的脉冲放大特性。用与快速傅里叶法模拟Yb3+光纤放大器脉冲放大特性相同的参量计算了在915nm前向抽运下,光纤放大器中的上能级粒子数,抽运光和放大自发辐射在光纤中的稳态分布,以及高斯脉冲和方波脉冲的输出、能量及增益特性,得到的与快速傅里叶法模拟的一致的粒子分布图等特征图,而且比快速傅里叶法得到更多和更准确的结果。结果表明,应用FEMLAB只需根据掺Yb3+光纤放大器的方程组,可以方便、快捷地确定参数进行数值模拟,对掺镱光纤放大器的系统设计和参量优化具有很好的参考价值。     

百微焦级飞秒光纤激光放大系统

实验研究了基于掺Yb3+光纤的啁啾脉冲放大(CPA)系统。利用半导体可饱和吸收体锁模光纤激光器作为种子源,采用啁啾脉冲放大技术,将波长为1030 nm的脉冲展宽到数百皮秒进行放大。采用多级的掺镱单模光纤和双包层光纤组成预放大器,主放大器采用大模场的掺镱棒状光子晶体光纤作为激光工作物质,实现了重复频率为211 k Hz,功率为50 W的单模皮秒脉冲输出。通过合理地控制放大系统中每一级光纤放大器的增益以及非线性积累量,有效抑制了高能脉冲放大过程中非线性效应对脉冲时域特性的影响。采用反射式光栅对,对输出的放大脉冲进行压缩,最终获得了脉宽为887 fs的激光输出,单脉冲能量达到124μJ,对应峰值功率为139.8 MW,该实验结果为国内首次报道基于光纤结构的百微焦级飞秒激光系统。     

基于增益开关技术的全光纤结构纳秒脉冲掺铥光纤激光器

工作在2μm波段的脉冲掺铥光纤激光器,可望在遥感探测、相干雷达、空间光通信、激光医疗和特种材料加工等领域获得重要应用。目前,利用波长在1.55μm附近的脉冲掺铒光纤激光器作泵浦源的增益开关掺铥光纤激光器是实现全光纤结构纳秒脉冲掺铥光纤激光器的理想方式之一。采用实验研发的纳秒脉冲掺铒激光器作种子源,研制了全光纤MOPA(masteroscillator power amplifier)结构的纳秒脉冲掺铒光纤激光器,输出波长1 547 nm,脉冲频率100 kHz,脉冲宽度50 ns,平均功率1 W,单脉冲能量10μJ。使用该脉冲掺铒光纤激光器抽运掺铥光纤,实现了波长1 963 nm的增益开关脉冲激光输出。该掺铥光纤激光器为全光纤结构,重复频率100 kHz,最小脉宽47 ns,最大单脉冲能量100 nJ。激光输出稳定可靠,更高的单脉冲能量,平均功率和峰值功率可由进一步级联光纤放大器实现。     

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.     

高功率窄线宽光纤放大器及放大线宽特性

研制了高功率窄线宽光纤放大器.该放大器采用双级放大结构,其中第一级预放为掺Er3+光纤放大器,第二级功率放大采用10 m长的Er3+/Yb3+共掺双包层光纤作为增益介质,抽运源采用两支波长为980 nm的大功率激光二极管.当抽运功率为10.7 W时,得到放大激光输出功率为1.94 W,光一光转换效率为17%,斜率效率20%.采用延迟自外差方法对种子激光器及各级放大器输出的激光线宽进行了测量,测量结果表明窄线宽激光谱线经过掺Er3+光纤与双包层光纤放大后均有不同程度的明显展宽.分析认为激光线宽展宽的主要原因是由于种子激光器中弛豫振荡或自脉冲的强度波动引起的自相位调制.     

混合调Q包层抽运光纤激光器

介绍了一种混合式调Q双包层掺Yb3+光纤激光器.激光器由LD抽运源、光纤Bragg光栅(FBG)、双包层掺Yb3+光纤和一段普通单模通信光纤组成.抽运源为大功率多模半导体激光器(LD),带有直径400 μm的输出尾纤,输出中心波长为975.8 nm,可输出1 Hz～10 kHz的脉冲激光.LD通过光纤Bragg光栅抽运掺Yb3+双包层光纤(DCF).光纤Bragg光栅反射的中心波长为1086.92 nm,反射率98%,线宽0.2 nm.抽运光经过光纤光栅耦合到双包层光纤中.双包层掺Yb3+光纤为俄罗斯普物所的产品,其芯径7 μm,数值孔径0.5,内包层为矩形结构(125 μm×125 μm).普通单模通信光纤中的背向受激Brillouin散射以极短(1 ns)的弛豫振荡脉冲形式给激光谐振腔提供很强的反馈.它不仅起到腔反馈的作用,而且产生一个纳秒量级的窄脉冲. 实验中当不接入单模光纤(利用光纤端面4%菲涅耳反射作为反馈),只利用抽运源脉冲抽运调Q时,可获得峰值功率50 W,脉冲宽度为10 s的调Q脉冲序列.当接入单模光纤混合调Q后,可观察到大约2 ns的巨脉冲输出,此时脉冲不稳定.当单模光纤输出端反馈被抑制后,可以得到稳定的巨脉冲输出.脉冲宽度1.6 ns,重复率由抽运光信号频率决定,在1 kHz～10 kHz之间时可观察到稳定的巨脉冲输出,最大脉冲峰值功率为5 kW.(OB4)     

基于固体激光器的光纤型MOPA的研究

报道了以Cr4 :YAG被动调Q固体激光器为主振荡级的光纤型主振荡功率放大器(MOPA),主振荡级通过SMA-905接头实现光纤耦合输出,选用975 nm的半导体光纤耦合模块作为抽运源,通过多模光纤合束嚣和锥度光纤将抽运光和信号光耦合进掺Yb3 双包层光纤,利用包层抽运技术,使主振荡器的脉冲种子源在掺Yb3 双包层光纤得到增益放大.当主振荡器的重复频率为20 kHz,双包层光纤的抽运光入纤功率为6.9 W时,放大器输出的光脉冲平均功率为0.598 W,整个装置实现了全光纤连接.     

平均功率近2 W的被动锁模皮秒掺镱光纤激光器

报道了一个三级主振荡功率放大(MOPA)结构的瓦级皮秒光纤激光器.第一级利用半导体可饱和吸收镜(SESAM)和光纤光栅组成线性腔,构建了一个低功率的被动锁模掺Yb3+光纤激光器,其最大平均输出功率为9.2 mW,作为整个激光器的种子源;第二级采用单模掺镱光纤放大器对种子光进行预放大,得到108 mW平均输出功率;第三级采用带树状耦合器的双包层掺镱光纤放大器进行功率放大,获得了1.9 W平均输出功率.得到的脉冲脉宽36 ps,中心波长1064 nm,重复频率29.6 MHz,峰值功率1.8 kW,相应的单脉冲能量为61 nJ.实验中观察到种子源输出光谱中有一个凹陷,这是由于光纤光栅反射率过高并且带宽较窄引起的.     

63.2 W高峰值功率窄脉宽全光纤脉冲光纤激光器

报道了一种基于主振荡功率放大结构的全光纤脉冲光纤激光器。种子光源是一个直接脉冲调制的1064 nm的外腔光纤布拉格光栅半导体激光器。峰值功率为1000 mW的种子LD经两级掺Yb3+双包层光纤放大后,在100 kHz重复频率下,获得了平均功率63.2 W、脉冲宽度14.3 ns、光谱宽度(FWHM) 4.552 nm、光束质量M2=1.09的脉冲激光输出。在此实验基础上研制了光纤激光器样机。     

高功率窄线宽全光纤结构掺铥连续光纤激光器

报道了高功率、窄线宽、全光纤结构的2μm波段掺铥连续光纤激光器。该掺铥连续光纤激光器采用了主振荡功率放大(MOPA)结构设计,通过采用790nm的多模半导体激光器抽运双包层单模掺铥光纤,获得了稳定的中心波长为1963nm的窄线宽、连续激光输出,最大输出功率为20mW。利用该低功率连续激光作为种子源经过两级掺铥光纤放大器后,平均输出功率达到了22W,相应的斜率效率为44%,激光中心波长为1963nm,3dB光谱线宽仅为0.24nm。     

自锁模掺镱光纤激光器研究

用反射率为 1 5dB掺镱光纤光栅作为反射器的掺镱光纤激光器 ,产生了稳定的纳秒级脉冲序列 ,脉冲宽度小于 5ns。激光器的阈值功率为 1 8mW ,在锁模工作区域内最大输出平均功率为 3mW ,脉冲重复频率为 2 5MHz,能量转换效率为 5 %。研究了产生自锁模的原因和特性     

1030nm高重复频率纳秒脉冲全光纤放大器

采用脉冲调制的单模带尾纤输出的半导体激光器作为种子源,以掺镱光纤为增益介质,采用主振荡功率放大(MOPA)结构,实现了1030nm全光纤脉冲激光放大。脉冲重复频率在50～100kHz范围内可调,在重复频率50kHz时,实现了脉冲宽度为6.53ns,峰值功率为16.08kW的脉冲输出,相应的斜率效率为69%,输出激光的中心波长在1029.49nm。实验还研究了不同重复频率下输出激光脉冲的时域特性。该激光器的输出波长在激光雷达探测器的光谱响应范围内,可作为激光雷达发射光源。     

142 W高峰值功率窄线宽线偏振脉冲光纤激光器

报道了一种基于主振荡功率放大(MOPA)结构工作的全光纤窄线宽线偏振纳秒脉冲光纤激光器。脉冲种子源是由一个分布反馈直腔型(DFB)单频光纤激光器被光电调制器进行强度调制后产生的。为了抑制受激布里渊散射(SBS)效应,脉宽被调节为3 ns,并且种子源线宽被相位调制器展宽为2.9 GHz。经两级保偏掺Yb3+光纤放大器放大后,获得了平均功率142 W,重复频率1 MHz,脉冲宽度2.88 ns,峰值功率49.3 kW的脉冲激光输出。在最大输出功率时,激光光束质量因子M2约为1.15,偏振消光比(PER)大于15.4 dB。     

利用非线性偏振旋转锁模技术产生0.7nJ, 1.5ps光脉冲

为了研究锁模光纤激光器以增益平坦型掺铒光纤放大器作为增益介质对输出特性的影响,采用增益平坦型掺铒光纤放大器结合光纤偏振控制器、偏振相关光隔离器组成锁模光纤激光器,基于非线性偏振旋转锁模技术,实现稳定、自起振锁模运转,得到了中心波长1560nm、重复频率6.495MHz、单脉冲能量0.7nJ、脉宽1.5ps的超短光脉冲。同时实验观察到峰值波长为1557nm和1570nm的双峰值波长锁模脉冲的产生。结果表明,采用增益平坦型掺铒光纤放大器替代普通掺铒光纤组成锁模光纤激光器,可获得较高单脉冲能量的超短光脉冲,锁模脉冲的输出光谱可能出现双峰结构,从而可为超短脉冲光纤激光器设计及实用化提供参考。     

1053 nm掺Yb光纤放大器脉中放大实验研究

本文给出掺Ｙｂ光纤脉冲放大的实验结果,在一段长１８ｍ的Ｙｂ光纤中获得了超过２６ｄＢ的增益．利用１．０５３μｍ单模ＬＤ激光器作注入信号．重复频率为１ｋＨｚ,脉宽分别为１μｓ、２μｓ、５μｓ、１０μｓ．增益与泵浦功率等关系的实验结果表明增益对泵浦功率、光纤长度和信号功率敏感。当小信号放大时,输出脉冲不失真,表明该放大器可用于高脉冲能量激光的前置放大．     

1053nm超短脉冲光纤激光的产生

为了研究环形腔掺Yb3+光纤激光器的输出特性,采用两个波长为976nm的半导体激光器作为超短脉冲激光器的抽运源,利用非线性偏振旋转锁模技术,实现了激光器的自起振锁模运转.实验中通过调节掺杂光纤的长度和偏振控制器波片的位置实现了锁模脉冲的波长调谐,在掺杂光纤长度为1.6m时,获得了波长为1053nm、最大输出功率为9.5mW、光谱宽度为6nm、重复频率为23.7MHz的超短光脉冲输出.实验结果与分析表明,采用调节光纤的长度和偏振控制器可实现超短脉冲光纤激光器的波长调谐.     

二硫化钼掺镱光纤激光器连续和调Q实验研究

采用环形腔结构,实现了1063 nm双包层掺镱光纤激光器的连续和调Q运转。光纤激光器连续输出结果表明,在输出透过率和泵浦功率固定时,存在最佳输出光纤长度。在3m最佳光纤长度时,得到平均输出功率270 mW,中心波长1063 nm、斜率效率为21.5 %的连续激光输出。采用自制的二硫化钼(MoS2)作为可饱和吸收体(SA),实现了掺镱光纤激光器的稳定调Q运转。当泵浦功率在185~560 mW范围内变化时,实现了稳定的调Q脉冲输出,调Q脉冲最大平均输出功率为2.18 mW,相应的脉冲宽度最窄为45 ns,最大重复频率为61.7 kHz,相应的单脉冲能量为38 nJ。脉冲宽度、重复频率、平均输出功率与泵浦功率近似呈线性关系。在实验中还发现了不稳定的被动锁模序列,并给出了合理的理论解释。     

高重复频率、窄脉宽全固态光纤放大器种子源

高重复频率、窄脉宽的全固态激光器种子源级联光纤放大器是获得高功率脉冲激光输出的有效手段.短上能态寿命的Nd:YVO4晶体在连续抽运、高重复频率Q开关工作时容易得到接近连续性能的平均输出功率.理论分析了声光(AO)调Q器件中影响输出能量和脉宽大小的主要因素,优化配置了腔型参数.利用激光二极管(LD)光纤耦合模块端面抽运Nd:YVO4晶体,实现了声-光调Q重复频率100 kHz以上,脉宽20 ns以下,波长1064 nm的激光输出.在抽运功率5.7 W时,得到了脉宽15.3 ns,重复频率150 kHz的种子光输出,在级联单级光纤放大器后,得到了20 W的输出.     

激光二极管抽运掺Yb3+光纤放大器获得2.41W超短脉冲输出

对国产掺镱(Yb3 )双包层大模场面积光纤超短脉冲放大器进行了系统的实验研究。以自己搭建的脉冲宽度为2.3ps,重复频率为95MHz的全固态锁模激光器作为种子源,以976nm大功率光纤耦合激光二极管为抽运源,以1.6m国产掺Yb3 双包层大模场面积光纤为增益介质,在11.2W的入纤抽运功率下,将平均功率为100mW的脉冲种子光放大到平均功率2.41W,单脉冲能量达到了25nJ,放大后脉冲的宽度(时域宽度)和光谱都有所展宽。