包层抽运掺镱光纤激光器中受激拉曼散射和受激布里渊散射效应

高功率光纤激光器大多选用掺镱双包层光纤作为增益介质,由于光纤尺寸较小,极易在光纤谐振腔中产生受激布里渊散射、受激拉曼散射效应。包层掺镱双包层光纤激光器中一旦发生受激拉曼散射和受激布里渊散射效应,其产生高强度信号成为高功率光纤激光器的主要噪声来源,影响激光输出的特性和稳定性。对包层抽运掺镱光纤激光器中的受激布里渊散射和受激拉曼散射进行了实验研究,在单模双包层光纤中观察到受激布里渊散射和受激拉曼散射。实验结果表明,在光纤谐振腔中,抽运方式、谐振腔输出镜损耗、受激瑞利散射对受激布里渊散射的影响较大,尤其是受激瑞利散射为谐振腔提供了附加反馈,不仅压窄激光信号的线宽,而且使得受激布里渊散射的阈值迅速降低。     

基于光纤干涉环的掺Yb3 全光纤自调Q激光器

对基于光纤干涉环的包层泵浦全光纤自调Q激光器进行了实验研究。实验采用掺Yb^3 双包层光纤(DCF)为增益介质，光纤Bragg光栅(FBG)作为腔镜，以及接入5m普通单模光纤的光纤干涉环，实现了较稳定的全光纤自调Q激光器，获得了脉宽3．6ns，重复频率约1kHz，峰值功率56．7kW的光脉冲。提出其产生ns脉冲的原因是瑞利散射(RS)与受激布里渊散射(SBS)的共同作用。     

基于SBS过程自调Q掺铒光纤激光器的研究

利用单模光纤的非线性效应———背向受激布里渊散射 (BSBS)和光纤光栅的选频特性 ,用掺铒单模光纤作增益介质 ,采用半导体激光器连续抽运方式 ,研究了自调Q光纤激光器的运转情况 ,得到了稳定的光脉冲输出。脉冲宽度 (FWHM)约为 2 2ns,重复频率为 6 4 5MHz。     

受激布里渊散射位相共轭激光器自调Q机理研究

基于受激布里渊散射的位相共轭激光器能够产生自调Q 脉冲并有效改善光束质量，分析了位相共轭激光器的自调Q 机理，认为SBS 属于快开关，可以采用阶跃函数描述而无需考虑过渡腔中复杂Q 值变化过程，分析了起始腔后反射率、耦合输出率以及SBS 饱和反射率对Q 调制过程以及输出脉冲时域和能量特性的影响，认为在设计SBS 激光器时应在保持阈值前提下选取具有较低后反射率的腔镜和具有较高SBS 饱和反射率的介质，在综合考虑耦合输出效率前提下优化选取合适的耦合输出率。     

基于受激布里渊散射的调Q光纤激光器研究

为了获得窄脉宽和高功率的光纤激光脉冲,对基于受激布里渊散射的脉冲抽运调Q光纤激光器进行了实验研究.设计了布喇格光纤光栅、掺Yb3+双包层光纤和单模光纤作为线性谐振腔.采用锥形光纤连接抽运模块与掺Yb3+双包层光纤实现了光纤激光器的全光纤化结构.通过脉冲抽运方式,利用光纤中的非线性效应——背向受激布里渊散射对激光进行混合调Q,得到了纳秒量级的脉冲输出,其脉宽为400ns,平均功率2.5W,重复频率15kHz.结果表明,通过脉冲抽运方式,利用光纤中的受激布里渊散射能够有效地压缩输出脉冲的线宽,实现高功率输出.     

掺Yb双包层光纤激光器脉冲压缩的实验研究

对连续和脉冲泵浦掺 Yb双包层光纤激光器的时域特性进行了实验研究。利用光纤中的受激布里渊散射 (SBS)压窄脉宽 ,将脉冲泵浦产生的 10 0μs光脉冲压缩到 ns量级 ,其压缩因子为 2 .0 8× 10 4,并对实验结果进行了定性分析     

掺镱光纤激光器中的自脉冲效应

高功率光纤激光器多选用掺镱双包层光纤作为增益介质。掺镱双包层光纤与普通非掺杂光纤相似,由于纤芯尺寸非常小,一般为几微米至几十微米量级,极容易产生自脉冲效应。进行了大功率条件下掺镱光纤激光器自脉冲效应的研究,观察到不同的自脉冲现象。 研究结果表明,在大功率激光作用下,尽管镱离子不存在浓度淬灭,但是对于大芯径掺镱双包层光纤,与其他三能级系统相同,均存在弛豫振荡引发的饱和吸收自脉冲效应。掺镱光纤激光器中的饱和吸收效应、受激布里渊散射、受激拉曼散射等自脉冲效应不容忽视。     

布里渊光纤激光器的研究及发展前景

介绍了布里渊光纤激光器的原理、研究进展,并讨论了其发展前景:光子晶体光纤由于特殊的光纤结构和应力,可以同时产生具有不同Stokes频移的多种模式SBS,在设计多波长布里渊光纤激光器上颇具优势;高重复频率的多波长超短光脉冲光纤激光器和高功率单频光纤激光器,是布里渊光纤激光器的发展方向;利用各种特种光纤的SBS效应,是制作高稳定的布里渊光纤激光器的有效方法之一。     

大功率双包层光纤激光器的非线性和热效应

文章综述了大功率情况下双包层光纤激光器中的非线性和热效应。在较低功率的激 光输出时,光纤内的非线性和热效应对激光输出特性的影响很小,但在高功率的掺Yb3 +双包层光纤激光器中,特别是功率达到千瓦量级时,非线性和热效应已经成为限制功率提升的主要因素。通过增大包层光纤芯径、缩短光纤长度都可以增加非线性阈值,从而可以保证单根光纤信号功率增大时不会出现非线性效应。采用分布式泵浦方案,能够得到沿光纤长度上最低和最均匀的温度分布,并且使激光器有最大的输出功率。     

基于干涉环结构的调Q光纤激光器

从光纤干涉环中受激瑞利散射(SRS)和光纤中受激布里渊散射(SBS)共同作用调Q的原理出发,研究了光纤干涉环耦合比及环长对调Q光纤激光器输出激光特性的影响。分别采用耦合比为50∶50,80∶20,90∶10的光纤干涉环在不同环长下搭建掺Er3 调Q光纤激光器进行实验。实验结果表明,干涉环的耦合比和环长是影响输出激光特性的关键因素,耦合率(~10%)的干涉环适宜产生脉冲激光,具有高耦合比干涉环的光纤激光器只有连续激光输出;环长根据干涉环耦合率(~10%)在2 m附近调整可以获得理想脉冲激光输出,环长过短时产生输出激光的弛豫振荡,反之产生输出激光脉冲的分裂。采用耦合比为90∶10,环长为2 m的光纤干涉环时,在37 mW的抽运功率下获得脉宽7.2 ns,重复频率212.4 kHz,输出功率5.4 mW的脉冲激光,脉冲波形较好,峰值功率有~30%的波动。     

受激光布里渊散射结合脉冲泵浦的可调谐调Q光纤激光器

介绍了一种受激布里渊散射(SBS)结合脉冲泵浦的全光纤调Q激光器,获得重复频率可调谐的亚10 ns高功率脉冲.利用瑞利散射(RS)和SBS共同作用自调Q机制,采用光纤干涉环结构与强泵浦抽运,可获得稳定的亚10 ns高功率调Q光脉冲.以脉冲泵浦控制调Q光脉冲产生的重复频率,实现调Q光脉冲输出重复频率的可调谐.实验结果表明:使用3 m高增益掺Er3+光纤,在两只975 nm半导体激光器强泵浦抽运下,可获得脉宽6 ns、峰值功率大于340 W、重复频率0～5 kHz的调Q光脉冲输出.该调Q光纤激光器具有全光纤结构、输出脉冲窄、峰值功率高、重复频率可调谐的特点,可用于分布式光纤传感系统与种子光源.     

基于分布反馈激光器布里渊散射的高精度光谱测量

实现了一种基于光纤中受激布里渊散射(SBS)效应 的高分辨率光谱测量技术。使用连续可调谐分布反馈(DFB) 激光器作为泵浦光,与待测信号光在单模光纤(SMF)中发生受激布里渊放大相互作用,由此 实现对待测光的高分 辨率光谱测量与分析。DFB激光器的波长扫描通过高精度温度调谐来实现。与相关报道 中使用的外腔 可调谐激光器对比,DFB激光器具有体积小、成本低的优势。同时在波长扫描过程中,对DFB 激光器的输出光进行自 拍频处理获得其实时扫描速率,以此校正激光器的实时扫描波长,提高测量准确度。实验 初步验证了本文高分辨率光谱测量技术的可行性,并获得了0.24pm 的光谱分辨率。     

Effect of stimulated Brillouin scattering on distributederbium-doped fiber amplifier

Stimulated Brillouin scattering (SBS) causes backward scattering of the pump light and this in turn causes a reduction in the gain of a distributed erbium-doped fiber amplifier (DEDFA). A theoretical analysis of the influence of SBS on a DEDFA and illustrative numerical results are presented. It is shown that there exists a threshold value of pump laser linewidth: when the pump laser linewidth is smaller than this threshold value the gain of the DEDFA is reduced greatly. This analysis and the results presented facilitate the design and optimization of DEDFAs     

基于高非线性光纤中SBS效应的慢光系统

实验研究了高非线性光纤(HNLF)中受激布里渊散射(SBS)的阈值、增益谱、放大特性及其慢光特性,并与普通单模光纤(SMF)进行了对比分析。测量实验表明,HNLF在线宽100MHz的泵浦激光作用下,SBS的阈值为60mW,增益带宽为150MHz,获得的最大慢光延迟量将近15ns,延迟谱与增益谱较好对应。对基于SBS的未来全光通信系统中的高性能光延迟线或全光缓存器具有重要的参考价值。     

光纤放大器中受激布里渊散射的抑制

建立了一种考虑受激布里渊散射(SBS)效应和输出光纤影响的光纤放大器模型,该模型能有效描述低频脉冲的放大过程。数值仿真表明,通过优化设计掺杂光纤长度,缩短输出光纤长度,增大输入脉冲峰值功率等操作可以有效抑制光纤放大器中的受激布里渊散射。本文的结果可为单频放大系统的设计提供理论依据。     

光纤受激布里渊散射的光信号特性分析

为了研究抽运光的脉冲宽度对布里渊散射光的影响,对光纤传感系统中基于受激布里渊散射的三波耦合方程进行了分析,采用频域分析和一种微扰近似理论推导了散射光的近似表达式,然后通过数值计算分析了散射光随着脉冲宽度的变化规律。结果表明,在宽度接近于20ns(声子寿命)的脉冲下,散射谱出现多波峰结构;当宽度越来越接近于40ns时,主波峰逐渐增大,次波峰逐渐减小;当采用的脉冲宽度远远大于声子寿命时,散射谱只出现一个波峰并且维持一个波峰不变。此研究为传感中选取合适的脉冲宽度提供了参考。     

Dynamics of stimulated Raman scattering in double-clad fiber pulse amplifiers

A systematic analysis on dynamics of stimulated Raman scattering (SRS) in highly pumped ytterbium-doped double-clad fiber amplifiers during amplification of nanosecond pulses at tens-of-kilohertz repetition rates is presented. Energy and waveform evolutions of signal and Raman pulses in the amplifiers under forward, backward and bidirectional pump are depicted respectively. In consideration of the SRS components and incurred energy loss at the amplifier output, the detrimental effects of SRS on signal amplification for three pumping methods are quantitatively compared and comprehensively illustrated upon different signal, fiber and pump conditions. To avoid the performance deterioration, some limitations are also discussed.     

激光等离子体中受激布里渊散射光谱的研究

在一维不均匀等离子体模型的假定下,导出受激布里渊后向散射光强度与入射光强满足的微分方程及散射增益表达式,据此可计算多模后向散射在线性与非线性两种情况下的散射光谱形状。对于热噪声源,散射光谱的形状与离子声波衰减、等离子体的不均匀性,以及入射光强的衰减等因素有关。计算结果可与实验相符。     

Design and performance evaluation of narrowband rectangular optical filter based on stimulated Brillouin scattering in fiber

We propose a rectangular optical filter based on stimulated Brillouin scattering (SBS) in fiber with tunable bandwidth from 50 MHz to 4 GHz at 15-MHz tuning resolution. The steep-edged rectangular shape of the filter is precisely controlled utilizing digital feedback compensation of the multi-tone pump light. The passband ripple is \(\sim \)1 dB by nonlinearity management of the pump light and using the fiber with a single Brillouin peak. The filter selectivity is improved to more than 40 dB by using pump-splitting dual-stage configuration. We analyze the noise performance of the proposed SBS filter and demonstrate a sub-band extraction of a multi-band orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) signal. Furthermore, we validate the amplification performance with different gains for OFDM signal, which shows the potential capability of the filter in the fields of optical signal processing.     

Practical design of double-clad ytterbium-doped fiber amplifiers using Giles parameters

We present a simple and accurate method for measuring the Giles parameters of a double-clad ytterbium-doped fiber. The characterization is performed by cut-back on the doped fiber under constant pumping. Using nonlinear curve-fitting of the amplified spontaneous emission (ASE) power-density spectra, along with iterative solution of the photon balance model, we compute both the small-signal gain at complete population inversion and the small-signal absorption of the fiber. The method successfully predicts the extraction efficiency of an amplifier operating at 1064 nm. The ratio between the signal power and the out-of-band ASE power at the output of the amplifier is also accurately predicted by introducing spurious feedback from the fiber facets in the photon balance model. This work shows that a fiber facet reflectivity of a few thousandths of a percent (-40 to -50) dB can significantly enhance the out-of-band ASE power.