分布反馈光纤激光器应用技术研究进展

近年来,随着相干探测技术的飞速发展,单频激光器获得了极大的关注。其中,分布反馈光纤激光器同时具有本征单纵模和高度环境敏感的振弦结构的特点,在低噪声单频光源和光纤激光传感技术领域都有着重要的应用价值。以应用需求作为引领,对分布反馈光纤激光器在窄线宽光源和光纤激光传感器技术中的相关研究应用进行了综述,按照应用中对分布反馈光纤激光器的频响特性要求的不同,归纳总结了相关技术的研究进展,并对比了不同分布反馈光纤激光器频响处理手段的适用性,最后对分布反馈光纤激光器未来的应用前景进行了展望。     

相移光纤分布反馈激光器

本文利用传输矩阵法讨论了相移光纤光栅的透射特性,以及在有源光栅的掺杂浓度特性给定的情况下,相移分布反馈光纤激光器达到阈值增;益所需的光纤光栅折射率的最小调制深度。     

分布反馈光纤激光器模式特性分析

根据耦合波理论,在分析分布反馈(DFB)光纤激光器纵模特性的基础上,着重阐述其偏振特性。另外给出了偏振态同耦合系数和双偏振态相移量差的关系。理论分析结果表明,当分布反馈光纤激光器输出为0阶模时,输出激光的偏振状态由耦合系数和双偏振态的相移量差共同决定,即在耦合系数一定的情况下,通过增加双偏振态相移量的差,或在双偏振态相移量差一定的情况下,通过减小耦合系数,可以实现单偏振输出。实验中在经载氢处理的掺铒光纤上制作分布反馈光纤激光器,由于耦合系数较大和双折射效应过小,输出为双偏振态。     

一种分布反馈注入放大半导体激光器的研制

研制了一种小型大功率半导体激光器系统。将分布反馈半导体激光器输出的小功率光注入到锥形芯片放大器后实现功率放大,得到功率大于700 mW,波长连续可调谐范围大于1 nm的输出激光。该激光器系统不但结构紧凑、输出功率稳定,而且操作方便。该系统可在激光冷却与囚禁、超冷量子气体、量子信息、原子频标及相关空间实验研究中得到应用。     

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。     

掺Yb相移分布反馈光纤激光器的后期制作与研究

采用二次曝光法先在一根10cm长的掺Yb光纤上制作出近似λ/4相移分布反馈(DFB)掺Yb光纤激光器。再利用紫外修整的方法,同时通过F-P扫描干涉仪及示波器实时监控激光运行模式,获得了阈值低而单纵模运行特性好的λ/4相移DFB掺Yb光纤激光器。所制作的激光器阈值为20mW。当抽运功率为130mW时,获得了25mW的1053um单纵模激光。     

分布反馈染料激光器实验研究

对一种能够产生亚皮秒(0．5ps)超短脉冲的宽波段可调谐分布反馈染料激光器的工作原理进行了分析并给出了具体的实验结果。结果表明该系统通过简单地更换光学元件就可以同时实现脉冲宽度可调。另外,给出了一种获得单模激光输出分布反馈染料激光器的调节方法。     

拍频自反馈锁模光纤环形激光器

报道一种由光纤环形激光器的拍频信号中提取高重复率正弦电信号，并以此信号调制腔内强度调制器，实现调制频率与腔长自适应的主动锁模方法。采用此方法获得重复率为２．５ＧＨｚ，脉宽为１１ｐｓ的变换极限超短光脉冲。     

808nm DFB半导体激光器的光栅制备

实验优化设计了808nm DFB半导体激光器的二级布拉格光栅结构,介绍了808 nm分布反馈（DFB）半导体激光器光栅制备的工艺过程。采用全息光刻方法和湿法腐蚀技术在GaAs衬底片上制备了周期为240nm的光栅图形,全息光刻系统采用条纹锁定技术降低条纹抖动和提高干涉稳定性,腐蚀液采用H3PO4 : H2O2 : H2O (1 : 1 : 10),腐蚀时间为30s。光学显微镜、扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）测试显示,光栅周期为240nm,占空比为0.25,深度为80nm,具有完美的表面形貌,及良好的连续性和均匀性。     

全息光刻制备LC-DFB及光栅刻蚀优化

成功制备出室温激射波长为2 μm的GaSb基侧向耦合分布反馈量子阱激光器.采用全息曝光及电感耦合等离子体刻蚀技术制备二阶布拉格光栅.优化了光栅制备的刻蚀条件,并获得室温2 μm单纵模激射.激光器输出光功率超过5 mW,最大边模抑制比达到24 dB.     

取样光栅分布反馈激光器阵列器件研究

采用了一种基于取样光栅原理制作多通道增益-折射率耦合型光栅的方法,成功制作了8波长分布反馈(DFB)激光器阵列,阵列中各激光器的阈值电流为30～40 mA,注入电流为100 mA时的平均输出光功率为10mW,阵列器件实现了波长的可选择性激射,相邻激光器间的频率间距为200 GHz,验证了用取样光栅方法制作DFB激光器阵列的可行性。     

光纤激光器的调制实验研究

为了得到光纤激光器的好的调制特性,对光纤激光器的偏振态控制与否进行了对比试验,发现激光器没有进行偏振态控制,调制后的信号为噪声,即无法调制;利用扭转光纤控制构成腔的偏振态,选频器采用保偏光纤上写入的光纤光栅研制的环形激光器,调制特性可以与半导体激光器相比拟.比较了利用半导体激光器与偏振态控制的光纤激光器100km传输实验结果,二者结果一致.研究结果有利于光纤激光器在光纤通信中的应用.     

光纤激光水听器阵列实验研究

构建了基于分布反馈式(DFB)光纤激光器的光纤激光水听器阵列,4元DFB光纤激光器通过同一个980nm激光器同线泵浦,阵列发出的1550nm左右的复合激光通过解波分复用(BWDM)分离至独立的通道,实验结果表明,4元光纤激光水听器探测的水声信号能被无失真的解调,阵列各通道间串扰小于-60dB。     

基于弱反射FBG串的随机分布反馈掺铒光纤激光器

提出一种基于弱反射光纤光栅(FBG)串的随机分布 反馈掺铒光纤(EDF)激光器。激光器利用1480nm半导体激光泵浦一 段2m 长的高浓度EDF进行增益放大,由弱反射FBG串提供随机分布反馈,具有阈值 低、线宽窄、效率高和输出稳定等优点。 实验中,在激光器谐振腔的一端用一个反射率为90%的窄带FBG进行波长选择性反射 ,在另一端连接由20个波长相同、反射 率在5‰左右的弱反射FBG组成的FBG串(总反射率为9%)提供随机分布反馈, 在最大输出功率为400mW的1480nm 泵浦激光作用下获得了峰值波长为1549.48nm、阈值功率为3mW、斜率效率达24%的窄线宽 稳定激光输出。在相同泵浦激光功 率下,间隔一定时间,多次测量激光输出光谱,证实该随机分布反馈FBG激光器具 有良好的波长和功率稳定性。     

单模光纤拉伸器分布式双折射特性实验研究

在偏振敏感光纤系统中,光纤双折射是重要的参 量。基于压电陶瓷的单模光纤(single-mode fiber,SMF)拉伸器是光纤系统中引入应变、光程或 相位变化等常用的器件,而少有人关注过光纤拉伸器引入的双折射特性。本文提出基于分布 式偏振分析的SMF拉伸器双 折射特性表征方法,结合全穆勒矩阵分析和光频域反射仪技术,可以得到SMF拉伸器缠 绕光纤的分布式双折射特性。实 验得到:在光纤拉伸器使用过程中,光纤双折射随驱动电压增大而增加;当光纤拉伸器缠绕 光纤表面不平整时,可引入更高 的基底双折射,且在施加驱动电压时,基底双折射增加更加明显;设计合适的拉伸机构和光 纤缠绕方法,能有效地避免光纤拉 伸器使用过程中双折射的改变,但可能会引入较强的基底双折射。本文研究结果对于在偏振 敏感光纤系统中使用光纤拉伸器时系统性能的评估及优化具有指导意义。     

两光纤激光器同相锁定的实验研究

基于自成像共焦腔,利用一个设计灵活的实验装置,实现了两路掺镱光纤激光器的同相模式锁定。改变近场填充因子为10.86%,15.2%,25.33%时,干涉条纹旁瓣数量逐渐减少,主瓣能量占总能量比例分别为13.58%,18.98%,31.42%。在8.8 W泵浦功率下得到1.44 W相干合成激光输出,相干合成效率93.4%。研究发现选用合适长度的增益光纤和较小反射率的外腔输出耦合镜可以提高激光斜效率,进而增加相干合成输出功率。