光子晶体光纤超连续谱光源

介绍该课题组近两年在光子晶体光纤超连续谱方面的主要研究成果,包括基于连续波泵浦研制全光纤化超连续谱源,利用级联一段高非线性正常色散光纤,通过光纤的受激拉曼散射效应实现超连续谱的平坦化;基于皮秒锁模光纤激光器实现全光纤化5 W输出超连续谱源;拉制一段145 m的锥形光子晶体光纤,利用自制的纳秒光纤激光器与锥形光子晶体光纤熔接,制备输出功率2.2 W的宽带超连续谱源;利用自制的网状光子晶体光纤和全固态光子带隙光纤,分别研究亚微米薄壁上偏振相关的超连续谱产生,以及基于四波混频效应产生的超连续谱.     

侧面级联耦合器对连续光纤激光器的影响

为了研究侧面级联耦合器对光纤激光器的影响,对自主研制的(1+1)×1侧面泵浦耦合器,以及某商品化的(2+1)×1耦合器进行了研究.实验中分别测试了2种耦合器的耦合效率,泵浦光传输损耗,以及信号光泄露等参数,然后用2种结构的耦合器分别搭建了光纤激光器.在耦合器为(1+1)×1结构的激光器中,注入975 nm泵浦功率444 W时,1 080 nm激光功率输出344 W,光-光转换效率77%;在耦合器为(2+1)×1结构的光纤激光器中,当975 nm泵浦功率注入444 W时,1 080 nm激光功率输出260 W,激光器的光-光转换效率59%.对比2种结构的激光器可以看出:对于目前商用的(2+1)×1耦合器来说,由于传输损耗比较大,很难实现级联结构,而实验室自主研制的侧面耦合器能够实现5个级联.     

光子晶体光纤拉曼激光器研究

利用100m非线性光子晶体光纤，以光纤光栅对作为谐振腔，研制成功了低阈值光子晶体光纤拉曼激光器．该光子晶体光纤拉曼激光器的闽值为2W，在抽运功率6．2W时，得到最大功率为1．8W．波长为1115．9nm的连续拉曼激光输出，拉曼半峰全宽为1．39nm，对应光-光转化效率29％，斜率效率41％．且在低功率连续光泵浦下观察到5级拉曼荧光．     

1.7μm自同步皮秒脉冲随机拉曼光纤激光器

针对目前1.7μm波段短脉冲激光器普遍存在的结构复杂问题,提出并实现了一种全光纤化自同步皮秒脉冲随机拉曼激光器．采用1 578 nm脉冲光纤激光器泵浦基于随机分布反馈的半开拉曼腔,实现了中心波长1 695 nm,平均功率224 mW的皮秒脉冲输出．激光器无需精确匹配腔长或复杂的反馈控制,分布式瑞利散射形成的复合腔自动满足同步泵浦条件．通过在腔内插入波分复用器,抑制了随机子腔噪声,进一步提高输出脉冲的稳定性．本研究首次实现了工作在1.7μm波段的随机脉冲光纤激光器,可广泛应用于生物成像和材料加工等领域．     

双模式人眼安全MOPA全光纤激光器

报道了一台可实现脉冲和连续两种工作模式的全光纤激光器.激光器采用主振荡功率放大结构,种子激光器使用直接调制的单模半导体激光器,其输出波长为1 550 nm,光纤放大器包括两级预放大器和一级主放大器.用于脉冲激光输出时,在重复频率50 kHz、泵浦功率4 W时,获得脉冲宽度1.7 ns、峰值功率5.1 kW的单模脉冲激光输出.用于连续激光输出时,获得平均功率为0.5 W的调制信号.该激光器能同时满足脉冲和相位两种测距功能的使用.     

双芯光子晶体光纤宽带平坦超连续谱光源

研制一种双芯光子晶体光纤,其零色散波长位于1 010 nm,在波长1 060 nm处的非线性系数为6.82 W-1·km-1.利用中心波长1 060 nm、重复频率1 MHz、脉冲宽度150 ps、最大输出功率4.5 W及光束质量M21.3的增益开关皮秒脉冲全保偏光纤激光器泵浦长度为35 m的双芯光子晶体光纤,得到谱宽为480~2 200 nm、输出功率为371.7 mW的宽带平坦全光纤化超连续谱光源.长波方向10 dB谱宽为1 140 nm(1 060~2 200 nm),短波方向3 dB谱宽为460 nm(580~1 040 nm),其远场输出为具有准高斯分布.     

多模式振荡的多波长光纤激光器

提出并通过实验搭建具有多个横向模式振荡的基于少模掺铒光纤的多模式振荡多波长光纤激光器.激光器包括部分空间光学元件、多模光纤组件、少模光纤及少模掺铒光纤.所用少模掺铒光纤支持六个模式,其掺杂结构经过特殊设计后使得各模式增益均衡.通过少模光纤-多模光纤-少模光纤部分的作用实验实现了波长可调谐多模激光及多波长多模激光输出.泵浦功率2.75 W时输出的单波长激光中心波长为1590.4 nm,激光线宽0.08 nm,激光器的边模抑制比为38.31 dB,通过调节偏振控制器得到单波长可调谐范围为1572.12～1599.72 nm.增加泵浦功率还可得到双波长多模激光及三波长多模激光.     

基于光子晶体光纤的布里渊光纤激光器

为提高普通布里渊激光器的输出功率和激光效率，提出一种基于小纤芯光子晶体光纤(PCF)的环形腔布里渊光纤激光器.在环路中加入了掺铒光纤放大器和光滤波器，抵消了光纤环路的损耗，削减了掺铒光纤的受激辐射.实验结果表明，应用该激光器只需25 m的小纤芯PCF就可实现稳定的布里渊激光输出，并且输出激光的主要能量来源是环中的掺铒光纤放大器.与普通单模光纤相比，小纤芯PCF具有非线性效应强、布里渊增益大的特点，适合作为布里渊光纤激光器的增益介质.     

保偏光子晶体光纤激光器实验研究

以中心波长976 nm、输出功率70 W的半导体激光器作为泵浦源,掺镱双包层保偏光子晶体光纤为增益介质,采用法布里-珀罗光学谐振腔结构,利用后向泵浦,实现了波长约1 040 nm、最大功率5.3 W的激光输出,并就保偏光子晶体光纤在不同缠绕轴向及缠绕半径时输出激光的偏振特性进行了实验研究.     

光纤激光器中的波导损耗

本文分析了两种由于波导本身引起的光纤激光器的损耗。一种是由波导边界的畸变所导致的导模耦合至辐射模的损耗;另一种是由于光纤导模中一部分功率在包层中传播,它将引起一等效的损耗。     

窄线宽掺铒光子晶体光纤激光器(英文)

为获得高质量输出光纤激光器,利用单模掺铒光子晶体光纤替代传统普通光纤作为谐振腔的增益介质,两个匹配的窄带光纤布拉格光栅作为波长选择元件,形成一个简单的线性腔结构,实现一台新型全光纤窄线宽掺铒光子晶体光纤激光器.该激光器线宽仅有55 pm,激发波长具有大于50 dB的边模抑制比.在激光二极管泵浦下,该激光器在波长1 550.22 nm处获得8 mW的最大输出功率和3.2%的斜率效率.通过在10 min,内每隔1 min对激光器的输出波长重复扫描,表明室温下激光器的输出波长稳定.在12 min内,其输出平均功率的最大扰动少于0.07 dB.     

用于抽运双包层光纤激光器的多模光纤耦合器

给出了一种光纤耦合器,它有16个输入端和一个输出端,由光纤熔融和拉锥的方法制造而成。该耦合器的平均耦合效率为93.7％,平均插入损耗为2．84分贝,可用于抽运输出功率为十儿瓦的双包层全光纤激光器。     

1.7μm波段全光纤掺铥宽带光源实验研究

设计并实验实现了一种结构简单的1.7μm波段全光纤宽带光源.采用传统的线型腔结构,利用1565nm高功率半导体激光器泵浦一段单模掺铥光纤,获得了中心波长为1833nm的自发辐射光谱.由于色散补偿光纤在大于1.7μm波段有较大损耗,在腔内接入该光纤使自发辐射光谱的中心波长移动到1.7μm波段.其中,泵浦源由1565nm半导体激光器和最高输出功率33dBm的铒镱共掺放大器组成.通过优化色散补偿光纤和掺铥光纤的长度,获得了宽带光源,其中心波长在1744nm,5dB谱宽87nm.为1.7μm光纤光源设计及研制提供参考.     

基于频率依赖反馈的可调激光频域双稳态的理论研究

为了克服传统的电光混合反馈型频域双稳器件的速度低噪声大等缺点,采用非线性光纤环形腔作为频率反馈元件,提出了一种新颖的全光反馈型可调激光频域光学舣稳器件.根据系统的非线性响应和频率依赖反馈响应,建立了光学双稳态参量方程.山双稳态参量方程出发,对频域光学双稳特性以及双稳态的可控操作进行了详细的数值研究.讨论了光学双稳态的开关响应速度.结果表明,这种全光纤激光双稳器件可以实现光强驱动舣稳态和增益驱动双稳态.调节环形腔的增益或损耗可以改变光学双稳曲线的位置和形状,实现可控的全光双稳态操作.光学双稳态在频域上的快速跃变可以用来实现激光波长漂移监测和传感.光学双稳态的响应时间为纳秒量级,双稳开关是超快的.     

光纤激光热加工的特点与应用现状

光纤激光器的光电转换效率高、能耗低、光束质量好、光斑和功率易于调控,相对CO2激光器波长短、质量轻、体积小、灵巧耐用,因此在材料热加工领域的市场潜力巨大,优势明显.为此,从激光热加工原理和光纤激光器特点的角度,对光纤激光热加工的优势,当前光纤激光在焊接、熔覆和退火等领域的研究现状作了研究.     

光纤激光器的发展与应用

本文对光纤激光器的现状、发展和应用进行了综述。光纤激光器从掺杂稀土元素发展到掺杂过渡族金属元素;掺杂方法从单纯化学气相沉积（Chemical VaporDeposition,CVD）发展到气相、液相、溶胶-凝胶（sol-gel）和改进的化学沉积（MCVD）等;光纤结构从单包层、双包层到今天的多芯双包层光子晶体光纤;激光功率已经到几十千瓦,光子晶体光纤激光器的功率也已超过1.5 kW。目前,它们广泛应用于造船、航天、机械、电器、汽车、化工等多个领域。新光纤技术的成功,必将推动多种产业的快速发展。     

Amplified Spontaneous Emission in Single Frequency Double-Clad Fiber Power Amplifiers

Amplified spontaneous emission(ASE)in diode laser pumped double-clad fiber power amplifiers is studied experimentally.The dependences of ASE on fiber length and cross section of active core are discussed and the variations of ASE power as the function of pumping and signal power are investigated.There are indications that long fibers with large mode area need stronger input signals to suppress ASE.It is shown that a 150 mW input signal can suppress the ASE by 40 dB in a 4 m large mode area fiber,while to efficiently suppress the ASE in a 10 m fiber,stronger input signal is needed.12.5 W and 16.1 W single frequency CW output power are obtained from 4 m fiber and 10 m fiber respectively.No stimulated Brillouin scattering(SBS)was observed.