光纤放大器放大自发辐射特性与高温易损点位置

在高功率光纤放大器实验中,时常发现增益光纤抽运注入熔接点后10—50 cm处容易发生光纤烧毁现象.为了对该现象进行理论预测,基于光纤激光器速率方程模型和增益光纤的热传导模型,从种子功率、抽运功率和抽运吸收三个方面对掺镱双包层光纤放大器中的放大自发辐射(ASE)和温度特性进行研究.结果表明,在放大倍率较高、ASE较为严重等情况下,光纤放大器中的最高温度点一般不在抽运注入的熔接点处,而在距离熔接点10—50 cm处,与实验中发现光纤烧毁的位置基本符合.从光纤放大器的ASE抑制、最高温度点温度控制角度出发,对光纤放大器在种子功率、抽运功率、抽运吸收、放大倍率和抽运波长等方面的设计给出了指导性的建议.     

掺钕保偏光纤放大器的研究

对掺钕双包层光纤放大器中抽运光和信号光沿光纤传播的功率分布进行了数值模拟,以808nm半导体激光器为抽运源,掺钕双包层保偏光纤为增益介质,对种子注入主振荡光纤放大器进行了理论分析和实验研究.利用实验室自制的皮秒锁模激光器为种子源,注入1064nm皮秒锁模脉冲,获得了稳定的放大脉冲.小信号时的放大倍数为300（增益为25dB）,获得了平均功率5W的皮秒脉冲.同时利用TDS5104型示波器探测信号光放大前后的波形,并用光谱分析仪得到输出脉冲激光的光谱图. 关键词： 光纤放大器 掺钕保偏光纤 种子注入 反向抽运     

强脉冲信号在光纤参变放大器中的放大特性研究

考虑到抽运损耗、走离、色散和非线性等效应,用分步傅里叶方法求解耦合的非线性薛定谔方程组,就强脉冲信号在连续光抽运光纤参变放大器中的放大情况进行了理论研究。研究结果表明,强脉冲信号除经历振幅放大,脉冲时域展宽等过程外,还会发生令人感兴趣的脉冲分裂现象,即一个脉冲信号分裂为两个子脉冲。而且即使在连续光抽运的情况下,走离效应对强脉冲信号的放大也产生了显著影响,即促使两个子脉冲振幅不等以及脉冲漂移。最后,强脉冲信号独特的放大特性用光纤参变放大器的饱和增益特性做了很好的解释,并指出脉冲分裂现象在信号抽样、脉冲压缩、光时分复用系统中有潜在用途。     

分布式光纤拉曼放大器在长距离光传输系统中的优化设计

同时考虑接收光信噪比(OSNR)及非线性失真影响，对分布式光纤拉曼放大器在长距离光传输系统中的最优抽运方式进行了研究.利用变分法原理获得了在不记双瑞利背散射(DRB)影响时的最优信号功率分布函数——均匀分布，但考虑双瑞利散射影响时则不存在解析的最优分布函数.在分别考虑长、短光纤跨距的情况下，比较了三种具有代表性的分布式光纤拉曼放大方式，即双向二阶拉曼抽运、双向一阶拉曼抽运和拉曼+掺铒光纤放大器混合放大方式的性能.指出通过优化一阶抽运波长以及一阶到二阶抽运功率比，对称结构的双向二阶抽运在绝大部分情况下可以在 关键词： 光纤拉曼放大器 双瑞利背散射 变分法 光纤非线性     

脉冲抽运掺镱脉冲光纤放大器理论研究

对主振荡功率放大器(MOPA)方式脉冲抽运双包层掺镱脉冲光纤放大器进行了理论研究,分析了放大中抽运脉冲、激光脉冲和拉曼斯托克斯光脉冲的相互作用过程.对增益光纤中上能级粒子数密度随抽运时间的变化进行了分析,求出了最佳抽运脉冲宽度.随着抽运功率的增加,放大过程中出现的受激拉曼效应(SRS)将抑制激光脉冲能量的增加,当采用最佳抽运功率时激光脉冲的能量可达到最大值.分析了光纤长度、纤芯直径对最佳抽运功率、激光脉冲和一级斯托克斯光脉冲的影响.结果表明,当最佳抽运功率时,采用纤芯较粗、长度较短的增益光纤,可以抑制受激拉曼效应,提高激光脉冲的能量与峰值功率.     

1410 nm波段分布式光纤拉曼增益放大器的研究

讨论了分布式光纤拉曼增益放大器的工作原理,采用1320nm固体激光器作为抽运源,获得了1410nm波段附近的光放大,在单模GI光纤长度为23km时,初步研究了拉曼放大器增益与光纤作用长度的关系,抽运脉冲峰值功率分别为50W、30W时,光纤的有效作用长度分别为15．5km和10.5km;研究了在不同的光纤有效作用长度时,拉曼放大器增益与抽运功率的关系;从光纤拉曼光谱图估算了光纤拉曼放大器的光谱宽度为50nm或250cm^-1。     

利用非线性脉冲预整形实现脉冲快速自相似放大

报道了一种通过预先对信号光脉冲非线性整形, 进而在光纤放大器中实现自相似演化的方法. 利用透射光栅对和普通单模光纤组成被动脉冲整形装置, 预先优化脉冲的时域宽度和光谱质量, 使脉冲在光纤放大器中快速演化到自相似子. 研究中首先通过数值模拟对比, 说明了非线性整形对脉冲实现快速自相似放大的关键作用, 提高了放大器输出脉冲质量, 减小了去啁啾脉冲宽度. 实验中, 通过优化非线性整形输出, 在2.2 m 长的掺Yb³⁺光纤中, 在一定抽运功率范围内均实现了脉冲自相似放大, 去啁啾后得到脉冲宽度60 fs 的变换极限脉冲输出. 这种非线性脉冲预整形方法有效减小了 自相似演化所需光纤长度, 同时降低了自相似放大对种子源质量的要求, 首次将全正色散光纤锁模激光器成功用于自相似放大, 促进了当前自相似放大系统的全光纤化. 关键词： 非线性整形 光纤放大器 自相似放大 飞秒激光     

高峰值功率大模场全光纤脉冲放大器

报道了一种由纤芯直径分别为15μm和25μm的大模场光纤组成的全光纤脉冲放大器模块.当注入脉冲宽度为10 ns,重复频率为1 Hz.光谱宽度为0.3 nm,脉冲能量为80 nJ的激光脉冲时,经过两级放大输出的激光脉冲峰值功率为30 kW,单脉冲能量为300μJ.此外,实验研究了该放大器模块输出的时间特性.研究发现:由于受激布里渊散射(SBS)效应,限制了单纵模光纤激光在光纤中的高能量放大,采用宽带激光脉冲可以有效地抑制SBS效应,提高光纤放大器的SBS阈值.     

掺铒光纤放大器中抽运问题的理论分析

依据掺铒光纤放大器的速率方程和光传输方程,在不计放大自发辐射的情况下,得出了抽运功率和信号增益在放大器中沿光纤分布的隐函形式的解析表达式,并利用数值模拟对三种抽运方式下的放大器特性进行了分析。     

掺Yb双包层光纤放大器的瞬态增益和频率响应

在理论上和实验上对掺Yb双包层光纤放大器(YDCFA)的瞬态增益特性进行了研究.建立了简化的瞬态增益基本模型,数值计算了低频光脉冲经过双包层光纤的放大波形,分析了瞬态增益饱和和恢复特性.在实验中对种子源放大的YDCFA的脉冲特性进行了分析,证实了其瞬态增益的低频响应特性.     

组合抽运DPL声光调Q特性研究

端-侧面组合抽运方案是提高DPL调Q脉冲峰值功率和压缩脉冲宽度的有效技术途径。借助给出的一组端-侧面组合抽运DPL声光调Q实验结果，依据调Q速率方程，理论分析了组合抽运光的空间分布对调Q脉冲特性的影响，数值计算结果与实验结果一致。实验和理论研究发现：组合抽运时的脉冲宽度明显小于侧面抽运时的脉冲宽度，峰值功率明显高于侧面抽运时的峰值功率。实验和分析结果表明：在总抽运功率和抽运结构确定的情况下，端面抽运光功率在总抽运功率中的占有率越大，脉冲宽度越窄，脉冲峰值功率越高。通过调整端面抽运光功率占有率，改变组合抽运光的空间分布，可以实现对DPL调Q脉冲特性的控制。     

0.14 THz高功率太赫兹脉冲的参数测量

给出了0.14 THz高功率单次脉冲信号的频率和功率的测量方法及实验结果。针对高功率太赫兹脉冲频率高、峰值功率高和脉宽短的特点,实验中采用了截止波导滤波法与谐波混频法相结合的方式准确测定了脉冲信号频率,利用辐射场功率密度积分法获取了辐射脉冲的远场功率分布,并给出了单次脉冲的辐射功率。某实验条件下的测量结果表明,0.14 THz高功率太赫兹脉冲的频率为0.146 3 THz,脉宽约为1.5 ns,功率不小于0.5 MW。     

LaMgAl11O19:Co2+被动调Q铒玻璃激光器研究

综述了被动调Q铒玻璃激光器的发展概况,推导了被动调Q铒玻璃激光器输出脉冲能量、脉宽的解析表达式,数值模拟了腔内损耗与输出脉冲能量、脉宽及峰值功率的关系以及输出脉冲能量与输入抽运能量的关系.设计了一台LaMgAl11O19:Co2 被动调Q铒玻璃激光器,实验验证了数值模拟分析结果.结果表明,腔内损耗增加将导致输出脉冲能量下降,脉宽变大,从而峰值功率降低.输入能量低于12 J时,输出只有单脉冲,当输入能量大于12 J时,输出会出现双脉冲.在8 J的电输入下,获得了峰值功率50 kW,2.7 mJ的1.535 tm激光输出.最后讨论了提高单脉冲能量的方法.     

基于脉冲形成线充电的脉冲压缩技术

利用脉冲压缩技术,将具有一定初始电压的高阻抗长脉冲形成线对低阻抗短脉冲形成线充电到一定值时,其输出开关导通,在其后的传输线上可以产生高功率短脉冲。给出了脉冲压缩理论分析;前级脉冲驱动源采用GW级纳秒脉冲形成线,其特性阻抗为40Ω、电长度为3.9ns,输出脉冲宽度约8ns;研制了与前级脉冲驱动源匹配的脉冲压缩装置和变阻抗传输线,考虑到脉冲压缩装置低阻抗形成线绝缘击穿和开关导通限制,选取脉压装置形成线特性阻抗6.5Ω、电长度0.5ns。利用GW级纳秒脉冲驱动源开展了脉冲压缩实验,得到了输出功率增益达4倍左右的脉宽1.5ns高功率短脉冲,输出脉冲功率增益与理论值基本相符。     

基于圆柱谐振腔的高功率微波脉冲压缩系统

提出了一种新型的基于圆柱谐振腔的高功率级波脉冲压缩系统,介绍了该系统的结构形式,给出了部分关键器件的数值模拟结果,对系统的功率容量及品质因数进行了初步分析.对于高功率微波(HPM)脉冲压缩系统来说,系统的功率容量与最终获取的HPM功率大小密切相关,谐振腔的固有品质因数与系统效率密不可分,工程实践表明,相对于基于矩形谐振腔的脉冲压缩系统,本文设计的基于圆柱谐振腔的脉冲压缩系统功率容量可提高一个量级,谐振腔的固有品质因数可提高5倍以上. 关键词： 高功率微波 脉冲压缩 谐振腔 功率容量     

高功率超宽谱脉冲产生实验

 介绍了纳秒传输线充电技术的原理,利用该原理设计了高功率超宽谱脉冲产生实验装置,通过电路模拟计算分析了实验装置的工作过程。结合1.2 MV高压脉冲电源开展了实验,实验中对输出脉冲形状、输出脉冲功率和工作稳定性进行了调试,在2.7 Ω负载上获得输出功率大于30 GW,脉冲宽度1.6 ns,重复频率100 Hz。系统运行稳定,达到设计要求。     

LD抽运Cr4+∶YAG高重复率被动调Q Nd∶YVO4激光器

采用Cr4+∶YAG晶体作为可饱和吸收体，实现连续激光二极管（LD）端面抽运的Nd∶YVO4激光器的高重复率被动调Q.在注入抽运功率为8.8 W时，得到重复频率23.8 kHz、平均功率1.21 W的调Q脉冲序列；每个脉冲能量为51 μJ、脉宽为25 ns、峰值功率达到2.03 kW.实验上研究了脉冲重复频率、平均输出功率、脉冲宽度、单脉冲能量与抽运功率、输出镜透过率的关系.实验结果表明，当抽运功率较大时，脉冲重复频率和输出平均功率随着抽运功率的增加而减小，对此进行了合理的理论解释.     

两种基于交叉相位调制的光脉冲压缩方案

基于交叉相位调制的时间透镜可实现精确的二次相位调制, 但是它在光脉冲压缩领域的应用受到了抽运光脉冲的峰值功率过高的限制. 对该峰值功率的表达式进行了推导, 提出使用带有正色散的传输介质来实现输出段色散, 从而降低了抽运光脉冲的峰值功率.并进一步指出, 可以将基于交叉相位调制的时间透镜应用于4f系统, 来实现光脉冲压缩, 从而更有效地降低了抽运光脉冲的峰值功率. 推导了该系统的抽运光脉冲的峰值功率和分辨率的表达式, 并进行了光脉冲压缩的仿真分析.研究结果表明, 在基于交叉相位调制的4f系统中, 可以利用峰值功率较低的抽运光脉冲产生飞秒量级超短光脉冲; 随着压缩系数的提高, 输出光脉冲的脉冲宽度主要受到4f系统分辨率的限制, 并对4f系统分辨率的提高进行了讨论.     

Diode-pumped Actively Q-switched Nd:GdVO<Subscript>4</Subscript> Green Laser with Periodically Poled KTP

A diode-pumped actively Q-switched Nd:GdVO₄ green laser with periodically poled KTP (PPKTP) and Acoustic-optic (AO) modulator has been realized. The dependences of pulse energy, pulse width, and peak power on incident pump power are measured. At the pump power of 4.1 W and repetition rate of 10 kHZ, we can obtain a 19.2 ns pulse with pulse energy of 0.11 mJ and peak power of 5.8 kW, which are almost three times of that in the conventional KTP green laser, respectively. A rate equation model is introduced to theoretically analyze the results obtained in the experiment, in which the Gaussian spatial distribution of the intracavity photon density is taken into account. The numerical solutions of the rate equations agree with the experimental results.     

脉冲宽度对云雾回波的影响研究

云雾后向散射会产生引发激光引信虚警的回波信号.基于蒙特卡罗法,对云雾散射回波进行了模拟仿真,并定量给出了云雾散射回波的波形、波峰位置、脉宽和峰值功率随发射脉冲宽度的变化规律.研究结果表明,回波峰值功率随着发射脉宽的增大而增大,且当发射脉宽增大到50ns后趋于饱和,峰值功率将不随脉冲宽度的变化而变化;脉冲展宽的程度随发射脉宽的增大而减弱;发射脉宽对云雾散射回波波峰位置的影响较小.给出的回波信号模拟仿真结果可以为窄脉冲激光引信的目标识别以及探测阈值和脉冲宽度等参量的优化设计提供依据.