掺铥光纤激光器的波长调谐特性研究

基于简化的二能级激光系统和均匀展宽理论模型,利用原子速率方程和功率传输方程建立了掺铥光纤激光器的理论模型,并以环形腔掺铥光纤激光器为例,通过Matlab编程数值模拟研究了其出射功率和波长调谐范围与腔内损耗、掺铥光纤长度、输出耦合比、泵浦波长和泵浦功率等激光器参量的关系。数值模拟结果表明,降低激光器腔内损耗、提高泵浦激光功率和优化掺铥光纤长度可以提高掺铥光纤激光器的出射功率和增加波长调谐范围,而增加输出耦合比虽能提高激光功率,却减小了波长调谐范围。经过参数优化,在腔内总损耗为3dB、输出耦合比为10%的情况下,通过提高泵浦激光功率和优化掺铥光纤长度,掺铥光纤激光器的波长调谐范围可达528nm(1660~2188nm),高于目前已报道的实验结果。将部分模拟结果与文献报道的实验结果进行对比,较好地证实了模型的准确性。研究工作对于掺铥光纤激光器的设计和发展具有重要的理论参考价值和指导意义。     

基于Mach-Zehnder滤波的可调谐光纤激光器

() ()基金项目: 。摘要:为了实现高稳定性的可调谐激光输出,提出并设计了一种基于Mach-Zehnder(M-Z)滤波结构,结合Fabry-Perot(F-P)滤波器的可调谐掺铒光纤激光器,并对激光器的原理及实现方案进行理论分析和实验验证。所设计激光器系统的泵浦源工作波长为976 nm;长度5 m的掺铒光纤作为增益介质;采用全光纤M-Z结构进行滤波,并结合F-P滤波器实现单波长激光可调谐输出。实验中,通过调节F-P滤波器,在泵浦功率为60 mW时,实现了1547～1568 nm范围内单波长激光的稳定可调谐输出,波长调谐间隔小于1.7 nm,每个输出波长的边模抑制比均大于55 dB,线宽均小于0.1 nm。     

掺铥光纤激光器波长可调谐输出特性

利用1 550 nm光纤激光器搭建了一个同带泵浦环形腔掺铥光纤激光器,并对其光谱输出特性进行了研究。在1 550 nm激光泵浦下,1.6 m掺铥光纤自发辐射谱覆盖1 800~1 900 nm范围,3 dB带宽大于60 nm;通过在腔内插入隔离器,获得了线宽小于0.2 nm的激光输出,中心波长在1900 nm附近;进一步在腔内加入FP腔,获得了可调谐的窄线宽输出,光谱调谐范围达60 nm,覆盖从1 840~1 900 nm的光谱范围,激光线宽仅为0.07 nm。另外,在腔内使用通信波段用FP腔,同样获得了较宽调谐范围的窄线宽输出。输出光谱分为1 820~1 850 nm和1 865~1 915 nm两个区域,调谐范围共达80 nm。结合使用2 000 nm FP腔的可调谐光谱范围,该激光器在1 820~1 915 nm的范围都可以获得激光输出,与掺铥光线的自发辐射谱基本相符。     

工作在L-波段的可调谐环形腔掺铒光纤激光器

报道了一种波长调谐范围达 4 5nm的L 波段环形腔掺铒光纤激光器。利用偏振调谐的方法 ,可以使该激光器的工作波长在 15 6 0nm到 16 0 5nm范围内调谐 ,调谐范围几乎覆盖了整个L 波段。环形腔内用两段铒光纤作为增益介质 ,采用二次抽运方式 ,由一 980nm激光器抽运其中一段铒光纤产生的放大自发辐射作二次抽运源 ,再对腔内的两段铒光纤进行抽运 ,使它们的增益谱位移到L 波段 ,获得稳定的激光输出。实验中还对环形腔输出耦合器的输出耦合比对激光功率的影响作了研究     

掺Yb3+光纤环形激光器特性研究

本文利用国产半导体激光器泵浦掺Yb3+光纤环形激光器获得成功．掺Yb3+光纤长3 m,与1053 nm／980 nm波分复用器(WDM)构成交叉耦合型全光纤环形腔．总腔长为4 m,泵浦波长980 nm,激光波长为1042．3 nm,斜率效率9．6％,激光阈值低于0．5 mW,利用可调谐钛宝石激光器泵浦,得到该光纤激光器的最佳泵浦波长为978 nm．     

2μm波段混合复合谐振腔型单纵模光纤激光器

设计并演示了一种2μm波段高信噪比混合复合谐振腔型单纵模（SLM）掺铥光纤激光器（TDFL）。混合复合谐振腔由基于3个均匀光纤布拉格光栅（FBG）和2个光纤耦合器（OC）的非对称线形复合四腔和基于另外2个OC的双OC环形腔组成。基于游标原理，非对称线形复合四腔可以实现激光SLM选择。双OC环形腔作为窄带滤波器，进一步确保激光器长时间SLM稳定运行。采用放大的1567 nm激光泵浦掺铥光纤，当泵浦功率为2.80 W时，激光输出中心波长为2049.160 nm，输出功率为15.47 mW，光信噪比高达75.65 dB,200 min测量时间内波长和功率波动分别小于0.005 nm和0.85 dB,10 min测量时间内激光可以保持稳定的SLM运行，激光器的阈值泵浦功率和斜率效率分别为1.75 W和1.43%。提出的TDFL在自由空间光通信、激光雷达、光学传感等领域具有潜在的应用价值。     

基于可调谐光纤环形镜滤波器的多波长布里渊掺铒光纤激光器

通过使用非线性放大的光纤环形 镜滤波器(AFLMF),构造了一种新颖的多波长布里渊掺铒光纤激光器(E DFL)线形结构。非线性AFLMF由掺铒光纤放大器(EDFA,由980n m泵浦抽运 一段EDF构成)、偏振控制器(PC)和耦合器构成,减少了腔内基于波长的损耗,并且能够灵 活地控制反射 光以及激光腔内输入和输出光的强度。在布里渊泵浦功率为25mW、 980nm泵浦功率为200mW时,获得了波 长间隔为0.08nm的14个波长的激光输出以及50nm的可调谐范围。通过调节980nm抽运光功率、PC以及布里渊泵浦光波长,实现了可调谐的多波长输出。研究 了980nm抽运光功率以及PC对斯托克斯光波数的影响。     

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。     

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。     

单FBG双波长掺铒光纤激光器的设计与实验研究

为给密集波分复用(DWDM)光纤通信及光纤传感系统提供理想光源,设计了一种双波长环形腔掺铒光纤激光器。该激光器采用单支光纤光栅(FBG)和2个3dB耦合器构成可调谐光滤波器,结合多模光纤的偏振烧孔效应,通过改变系统的偏振态来获得波长可调谐的双波长激光输出。实验结果表明:改变系统的偏振态时,可分别获得单波长和双波长激光输出,双波长光纤激光器的最大波长差为4.692nm。引入多模光纤后,激光跳模现象得到明显抑制。     

基于并行SMS结构的可开关可调谐掺铒光纤激光器

提出了一种基于并行单膜光纤(SMF)-多膜光纤(MM F)-SMS(SMS)结构的可调谐掺铒光纤(EDF)激光器,其总体结构是在环形激光腔中 采用了两个并行的SMS结构作为滤波器件。通过控制腔内的损耗,具有单、双波长 可 开关特性。单、双波长状态下的边模抑制比(SMSR)均大于35dB 。波长调谐采用弯曲调谐的方式, 单波长状态下,当螺旋测微计控制的位移量从0μm变化到60μm时 ,输出激光中心波长从 1558.3nm变化到1557.3nm。实验结果表明,此结构的光纤激光器不仅具有结构简单、成本 低的优点,还具有波长可开关和可调谐特性,在波分复用(WDM)光通信系统、光纤传感和高 精度光谱测量等众多领域有着很好的应用前景。     

采用可调Mach-Zehnder滤波的波长可切换掺铒光纤激光器

为了实现高稳定性的可调谐激光输出,提出并设计了一种基于马赫-曾德（M-Z）结构和光纤光栅串结合的掺铒光纤激光器,在M-Z干涉结构的一个干涉臂中加入光学延迟线（ODL）,实现对干涉间隔的灵活可调。系统结构设计采用976 nm波长的LD作为泵浦源,长度为6 m的掺铒光纤作为增益介质;采用光栅串将特定波长的光反射回环形腔形成振荡;采用M-Z结构产生梳状滤波用来对光栅串反射回的光进行选择;通过调节ODL来改变腔内损耗,进而实现激光的可调谐输出,并通过在系统中加入可饱和吸收体（SA）和子腔结构来抑制波长的跳变。实验中,在泵浦功率为100 mW时,实现了单波长双波长和三波长的稳定的激光输出。单波长共输出13个,调谐范围为1 570~1 596 nm,调谐间隔为2 nm,边模抑制比均大于50 dB。     

基于Sagnac环镜的多波长线性腔掺铥光纤激光器(特邀)

研究了一种基于光纤Sagnac环镜的多波长线性腔掺铥光纤激光器.该激光器采用1.5 m长的双包层掺铥光纤为增益介质,793 nm激光二极管为泵浦源,光纤Sagnac环镜和光纤环形镜构成激光器谐振腔.通过增加泵浦功率和调节偏振控制器,在1949～1976 nm的光谱范围内实现了1～7个波长的激光输出,输出功率达毫瓦量级,光信噪比达到40～50 dB.     

偏振控制C波段波长可调谐掺铒光纤激光器

报道了一种结构简单的波长可调谐掺铒光纤激光器。该光纤激光器由增益平坦型掺铒光纤放大器(EDFA)、偏振相关光隔离器、光纤偏振控制器及输出耦合器组成。利用光纤偏振控制器和偏振相关光隔离器作为波长调谐器件,实现了光纤激光器的波长可调谐输出及双波长输出。利用琼斯矩阵理论分析了光纤激光器腔内不同波长的损耗与偏振控制器状态的关系,指出通过调节光纤偏振控制器,光纤激光器可以实现波长可调谐输出,同时阐述了光纤激光器双波长输出的机制。实验上获得了中心波长在1542~1564nm连续可调,平均功率大于2.6mW,边模抑制比大于35dB的连续激光输出。同时获得了波长为1549nm和1564nm的双波长连续激光输出。     

利用光纤光栅和光纤M-Z干涉仪共同选频的环形掺铒光纤激光器

报道一种新型的掺铒光纤环形激光器,利用光纤光栅和光纤M-Z干涉仪共同选颁,在153μm波段获得了宽度小于0．1nm的激光输出．     

可调谐多波长掺铒光纤激光器

近年来,多波长光纤激光器作为密集波分复用系统中的重要光源而被广泛研究.对多信道取样光纤光栅(M-FBG)进行了详细的理论分析,并在此基础上实现了一种可调谐多波长光纤激光器.该激光器采用环形腔结构,以掺铒光纤作为增益介质,利用M-FBG的多波长选择特性在室温下实现了功率平坦度小于1dB、3dB线宽小于0.1nm、边模抑制...     

基于光纤环形镜滤波的L波段可调谐光纤激光器

设计并制作了基于保偏光纤的可调谐光纤环形镜滤波器,利用环形腔结构在L波段获得了40 nm的可调谐激光输出(1 570～1 610 nm).采用光纤光栅反射ASE(放大的自发辐射)的方法有效地降低了光纤激光器的阈值功率.     

基于镀铜长周期FBG的波长可调谐环形光纤激光器

将采用化学镀铜膜技术封装的长周期光纤光栅（LPFG）串人环形腔中,设计了一种新颖的波长可调谐掺Er3＋光纤激光器（EDFL）。铜镀膜（化学涂镀）的LPFG在激光器环腔中用作带阻滤波器,利用恒电流源调节LPFG所处温度场,影响LPFG透射谱,改变激光器环形腔增益最高点,实现输出激光波长的可调谐。在LPFG环境温度调谐20...     

一种高性能环形可调谐光纤光栅激光器研究

研制了一种新型的高性能环形可调谐光纤光栅激光器。该激光器使用980nm LD作为泵浦源,使用长度为10. 8m的新型增益平坦掺铒光纤作为增益介质,采用可调谐光纤光栅滤波器进行波长调谐,调谐范围可达41nm (1528nm～1569nm) ,中心波长可精确调谐到C波段指定的ITU - T标准中心波长处, 3dB 带宽< 0. 08nm, 25dB带宽< 0. 2nm,波长稳定性优于0. 01nm,边模抑制比> 60dB。最大输出功率46. 94mW,功率稳定性优于±0. 02dB,阈值泵浦功率7. 3mW,斜率效率为39. 75%。并分析了不同腔长、不同输出耦合比对输出功率的影响。     

2μm全光纤结构铥钬共掺光纤激光器

为了实现高效、全光纤化的2μm激光输出,采用中心波长为1569nm附近的级联双包层铒镱共掺光纤放大器来抽运铥钬共掺单模光纤、1550nm/2000nm波分复用器、光纤耦合器构成的环形腔全光纤激光器。当915nm LD抽运驱动电流为6.9A时,获得的最大输出激光功率为57.23mW,斜率效率约为12%,线宽约为4.5nm,阈值抽运功率约为180mW。结果表明,该光纤激光器性能可靠,其在光纤传感、激光医疗等领域将有巨大应用前景。