增益竞争双波长放大单频光纤放大器理论研究

引入增益竞争是抑制单频光纤放大器中受激布里渊散射(SBS)的有效方式. 在单频光纤放大器的基础上, 推导了描述增益竞争双波长放大单频掺镱双包层光纤放大器的稳态速率方程组, 建立了增益竞争双波长放大单频光纤放大器的理论模型; 利用建立的理论模型模拟分析了信号光波长间隔、 信号光种子功率比、 抽运方式和增益光纤长度等因素对放大器的单频激光输出 效率以及SBS抑制效果的影响.     

主振荡功率放大器结构光纤激光相干合成系统对谱线需求的实验研究

主振荡功率放大器(MOPA)结构光纤激光相干合成通常被认为需要种子源保持单频输出,而由此引入的非线性效应限制了单链路光纤激光的输出功率。采用宽谱种子源和多波长种子源是抑制非线性效应的有效方式。利用随机并行梯度下降法对三路宽谱光纤放大器和三路多波长光纤放大器相干合成进行了实验研究,取得了理想的相干合成效果。实验结果表明,谱线宽度不是制约MOPA结构相干合成的因素,宽谱放大器和多波长放大器的使用有望使MOPA结构光纤激光相干合成系统获得更高功率的输出。     

光纤放大器受激布里渊散射效应抑制

提出了一种多波长窄线宽光纤放大器,其种子光由多个单频激光耦合而成,所有单频激光波长几乎相等（波长间隔小于1 nm）,频率间隔大于两倍布里渊频移。建立了此类多波长窄线宽光纤放大器的完整理论模型,分析了放大器中受激布里渊散射（SBS）与种子数目的关系。搭建了双波长和三波长窄线宽光纤放大器,进行SBS阈值输出功率测定实验。实验结果与理论模拟结果基本一致,验证了理论模型的合理性;双波长和三波长放大可以有效抑制SBS效应,大幅提高放大器输出功率。     

基于偏振自适应和主动相位控制的相干合成的实验研究

进行了非保偏放大器与保偏放大器的相干合成的实验研究。通过随机并行梯度下降（SPGD）算法对非保偏放大器进行偏振自适应控制,使非保偏放大器输出激光的消光比达到11.5 dB,与保偏放大器在同一偏振方向上的光功率占总功率的93.4%。利用单抖动法进行非保偏放大器与保偏放大器的主动相位控制,实现相干合成。实验结果表明:SPGD算法能够有效实现偏振自适应控制,偏振自适应控制前后相干合成远场的条纹对比度从80.1%提高到87.2%,相干合成的效果提升明显;通过增加参与合成的放大器路数,并在各路激光中引入多级功率放大器,能够得到更高的合成功率输出。     

窄线宽纳秒脉冲光纤拉曼放大器的理论模型和数值分析

窄线宽纳秒脉冲光纤拉曼放大器在非线性频率变换、遥感探测和量子信息等领域有广泛的应用前景.综合考虑受激拉曼散射(stimulated Raman scattering,SRS)、受激布里渊散射(stimulated Brillouin scattering,SBS)、自相位调制(self-phase modulation)和交叉相位调制(cross-phase modulation)等非线性效应,建立了窄线宽纳秒脉冲光纤拉曼放大器的非线性动力学模型.仿真分析了放大器中脉冲激光的时频演化特性,对比研究了抽运脉冲宽度、光纤长度和信号光功率等因素对放大器性能的影响.研究发现,上述因素会影响放大器的SRS阈值、SBS阈值、输出激光线宽、激光转换效率等.例如,当脉冲宽度为800 ns时,SBS随着抽运功率的增加而发生,限制了激光功率的提升;减短抽运脉宽可以抑制SBS,但是输出激光的线宽易于展宽到数百MHz以上;增加光纤长度可以获得更低的SRS阈值和更高的转换效率,但是SBS效应和光谱展宽程度也随之增强.系统搭建中需要平衡各非线性效应,选择合适的系统参数.研究内容可以为窄线宽纳秒脉冲光纤拉曼放大器的设计搭建提供参考.     

不同波形脉冲激光的时域误差对相干合成的影响

相干合成技术是实现高功率、高亮度光纤激光系统的重要技术途径.然而, 脉冲激光阵列中常常存在时域误差,这将影响脉冲激光的相干合成效果. 建立了脉冲激光存在时域误差时的相干合成理论模型,并在不同波形(方波、三角波、正弦波) 的脉冲激光存在时域误差时,对相干合成光束在远场的脉冲波形、峰值功率、 光强分布和桶中功率(PIB)等特性进行了数值计算和对比分析.计算结果表明: 方波脉冲激光相干合成光束的脉冲波形受时域误差影响严重,光强分布和PIB随着时域误差 的增大发生线性变化;三角波脉冲激光相干合成光束的脉冲波形和峰值功率受时域误差 影响严重,光强分布和PIB在时域误差较大时随着时域误差的增大发生较为剧烈的变化; 正弦波脉冲激光相干合成光束具有较好的输出特性,在两路正弦波脉冲激光相干合成中, 将两脉冲之间的时延控制在脉冲持续时间的10%以内,就能取得良好的合成效果.     

高功率准分子激光MOPA系统光束平滑技术研究

在充分调研大型激光系统多种光束平滑技术基础上,针对高功率准分子激光系统波长短、宽频带等特点,选用了无阶梯诱导空间非相干(EFISI)技术来实现角多路高功率准分子激光系统的平滑化。利用前端部分相干散射源和严格的像传递光路,开展了光束经预放大器1三程放大和预放大器2双程放大实验,研究了光束动态均匀性。实验结果表明,基于EFISI技术的平滑方法较好地保持了散射源的光束均匀性,经预放大器1放大后不均匀性为2.04%,经预放大器2放大后不均匀性为1.96%,能够满足高功率XeCl准分子激光角多路系统建设需求。     

基于自适应桶中功率评价函数的光纤放大器相干合成实验研究

光纤激光光束合成技术被公认为是实现高亮度、高光束质量激光束的优秀方法, 而激光阵列间的倾斜像差是影响合成效果的重要因素. 针对当前光束合成中存在的倾斜校正量受限问题, 提出了基于自适应桶中功率(PIB)评价函数的倾斜控制策略. 搭建了两路2 W光纤放大器的相干合成实验平台, 利用自制的压电环光纤相位调制器和自适应光纤准直器分别实现锁相和倾斜像差校正, 验证了基于自适应PIB的倾斜控制策略的可行性, 并实现了相干合成. 关键词： 光纤激光阵列 倾斜控制 自适应桶中功率 相干合成     

随机并行梯度下降算法模拟两路光纤放大器相干合成与实验研究

对利用随机并行梯度下降(SPGD)算法对多路光纤放大器相干合成进行了数值模拟,并进行了两路瓦级光纤放大器相干合成的实验.实验结果表明,SPGD算法能够有效控制各路光纤激光的相位,系统闭环将目标圆孔内的能量提高了1.57倍;并使得目标圆孔内能量大于理想值80%的概率从27.7%提升到了70.3%.取得了较为明显的相干合成效果.对算法用于多路高功率光纤放大器相干合成的可行性进行了探讨.     

128 W单频线偏振光纤放大器特性研究

高功率单频激光在激光雷达、光谱学、精密测量等领域具有广阔的应用前景.采用中心波长为1064 nm、光谱线宽为20 kHz、偏振消光比（PER）高于20 dB的单频线偏振分布式反馈光纤激光器做种子源（尾纤输出功率约为10 mW）,利用种子注入主振荡功率光纤放大技术,通过两级级联放大实现了128 W高功率单频、线偏振、近衍射极限单模连续激光输出.主放大器光-光效率达到83%,PER高于12 dB.采用分段温控技术有效地提高了光纤中的受激布里渊散射（SBS）阈值,实验中未观察到明显的放大自发辐射和SBS现象,进 关键词： 掺Yb光纤放大器 主振荡功率光纤放大 单频 线偏振     

Experimental study of SBS suppression and coherence property of 1064 nm high power multi-tone fiber amplifier

Seeding high power fiber amplifier employing multi-tone fiber laser is an effective approach to suppress stimulated Brillouin scattering (SBS). In this paper, a two-stage 1064 nm high power fiber amplification system was set up. Single-, two- and three-tone fiber lasers were employed. SBS threshold powers and maximum output powers of the multi-tone cases are enhanced compared with the single-tone case. The multi-tone amplifiers also show comparable optical-to-optical efficiency to the single-tone amplifier. To demonstrate and validate coherence property of the two multi-tone fiber amplifiers, the output laser beams of the amplifiers were self-interfered in our self-made coherent beam combining system. The laser beams of the multi-tone cases showed good coherence property comparable to the single-tone case, which implied that the high power output laser light of the multi-tone fiber amplifiers could be used for coherent beam combining.     

Coherent beam combining of 137 W 2 × 2 fiber amplifier array

We demonstrate coherent beam combining of two-dimensional fiber amplifier arrays with a total of 137 W output power using stochastic parallel gradient descent (SPGD) algorithm. Compact all-fiber polarization-maintained single frequency fiber amplifier chains are developed and four fiber amplifiers are arranged to 2 × 2 laser array with a fill factor of 70% in the near-field. Active phase control is implemented by a digital signal processor (DSP) based SPGD controller. The fringe visibility of the coherent combined beam profile is as high as 81% when the system is closed-loop controlled despite perturbations of the environment.     

Multi-wavelength laser active coherent combination

A seed laser oscillating at different frequencies is proved to have the potential to mitigate the stimulated Brillouin scattering(SBS) effect in a fiber amplifier,which may increase the emission power of a coherent beam combination(CBC) system greatly.In this study,a basic mathematical model describing the multi-wavelength CBC is proposed on the fundamentals of CBC.A useful method for estimating the combination effect and analysing the feasibility and the validity of the multi-wavelength coherent combination is provided.In the numerical analysis,accordant results with four-wavelength four-channel CBC experiments are obtained.Through calculations of some examples with certain spectra,the unanticipated excellent combination effect with a few frequencies involved is explained,and the dependence of the combination effect on the variance of the amplifier chain length and the channel number is clarified.     

Simultaneous all-solid-state multi-wavelength lasers --- a promising pump source for generating highly coherent terahertz waves

A diode-end-pumped Nd:YAG dual-wavelength laser operating at 1319 and 1338 nm is demonstrated. The maximum average output power of the quasi-continuous wave linearly polarized dual-wavelength laser is obtained to be 2.1 W at a repetition rate of 50 kHz with an output power instability of less than 0.38% and beam quality factor M² of 1.45. Using the two lines, the highly coherent and narrow linewidth terahertz radiation of 3.23 THz can be generated in an organic 4-N, N-dimethylamino--methyl-stilbazolium tosylate (DAST) crystal. Meanwhile, the multi-wavelength red laser at 659.5, 664 and 669 nm is generated by frequency doubling and sum frequency processes in a lithium triborate (LBO) crystal. The average red laser output power is enhanced up to 1.625 W at a repetition rate of 15 kHz with an output power instability of better than 0.53% and beam quality factor M² of 6.05. Using the three lines, it is possible to generate the multi-wavelength THz radiation of 3.3, 3.43 and 6.73 THz in an appropriate difference frequency crystal.     

用于相干合成大模面积光纤放大器的实验研究

报道了一种用于激光束相干合成的大模面积掺镱双包层光纤放大器的实验研究,采用后向抽运的方式,放大器输出功率为1.61 W,放大后信号光的3 dB线宽为0.027 nm,并保持了输入信号光的优良光谱特性.从实验上深入研究了在该种放大器中,剩余抽运光功率、前向输出功率、后向输出功率等随抽运功率变化的规律.实验研究的目标是探索相干合成的方法,所设计的输出激光束线宽既保证了足够的相干长度,同时又能有效抑制受激布里渊散射.     

多波长激光主动式相干合成理论初探

本文从相干合成的基本原理出发,建立计算模型,通过对多波长两路相干合成实例的仿真计算,得到了多波长两路相干合成效果的预测公式;在多波长相干合成中光程差至关重要,按照能否进一步通过主动控制,获得好的合成效果,可将光程差划分为可控区和不可控区两类,只有当光程差处于可控区时,才能进一步通过主动控制获得好的合成效果;在光程差任取的情况下,光程差处于可控区,能够通过主动控制获得好的合成效果的概率与光谱结构紧密相关,近似随着波长数目的增多成反比减少. 对于多波长相干合成可采取复合控制的方式,先利用大光程控制器件将光程差 关键词： 光纤激光 多波长相干合成 光程差     

用于Rb原子冷却系统的半导体激光放大(TPA)装置

报道了我们最近研制的780 13m半导体激光放大装置.激光放大管采用Eagleyard公司生产的(EYP-TPA-0780-01000)半导体锥形放大器,当输入的种子源激光功率为25 mW时,放大器输出的激光功率达600mW左右,该光束经过透镜整形,声光调制器频移,然后耦合到单模保偏光纤后,输出功率达110 mW.该激光放大装置可很好的用于高密度冷原子的俘获.