掺Yb~(3+)/Er~(3+)石英光纤中频率上转换的实验研究

首次报道了实验研究连续1064nm Nd:YAG激光器泵浦的掺稀土离子Yb~(3+)/Er~(3+)石英光纤中频率上转换过程。测量了掺Yb~(3+)/Er~(3+)石英光纤产生的频率上转换可见荧光谱,并用能量转移、受激态吸收和双光子吸收过程解释了467,546和667nm三条频率上转换荧光谱线的产生机理。     

掺Er~(3+)石英光纤中倍频效应的实验研究

采用一种新的光纤倍频两步激光预处理方法处理掺Er~(3+)石英光纤,并获得8.8％的峰值倍频转换效率。测定了掺Er~(3+)光纤的有效倍频长度,探讨了掺Er~(3+)光纤产生高转换效率倍频光的物理过程。倍频光的脉宽是基频光波的0.7倍和短光纤中倍频光峰值功率随泵浦激光峰值功率平方变化的实验结果表明,倍频光是通过二阶非线性过程产生的。     

掺Er~(3+)光纤放大器特性研究

本文综述我们用铁宝石可调谐激光,半导体激光,氩离子激光等不同波长光源泵浦掺Er~(3+)光纤放大器的输出特性,在比较不同光纤长度、不同信号波长(1.536μm,1.52μm)、不同温度(常温、液氮温度)等条件下,掺Er~(3+)光纤放大器的放大增益特性。给出掺Er~(3+)光纤放大器的理论模型,     

1030nm千瓦级掺镱光纤窄线宽激光放大器

基于掺镱光纤激光放大器理论模型,分析了掺镱光纤激光放大器中心波长和增益光纤长度等因素对放大发光辐射(ASE)的影响。根据计算结果,优化了1030nm窄线宽光纤激光放大器设计参数。采用主振荡功率放大结构,搭建了基于窄带种子源一级放大器的实验装置,使用25μm/400μm(纤芯直径/包层直径)掺镱光纤实现了中心波长1030nm、3dB线宽0.072nm、最高功率1.01kW的连续激光输出,光-光转换效率为81%,1030nm激光功率占比大于99%。由理论计算和实验结果可知,经过合理的优化设计,采用商用光纤可实现窄线宽1030nm光纤激光器高功率、高效率、高信噪比输出。     

基于1150 nm光纤激光抽运的中红外掺钬光纤激光器

采用1150nm光纤激光振荡器作为抽运源,实现了3μm波段中红外掺钬光纤激光器出光。该激光器采用线性谐振腔结构,其由镀金全反镜与切割角度为0°的光纤端面构成。增益介质为一段长为4.5m的双包层钬镨共掺氟化物光纤,纤芯直径为10μm,纤芯数值孔径为0.2。当1150nm抽运激光器功率为1.43W时,中红外掺钬光纤激光器输出功率为115mW,激光器系统的光-光转换效率为8.0%。在输出最大功率时,输出激光中心波长为2868.4nm,输出光谱的半峰全宽为1.3nm。相关研究成果对研制高功率紧凑型中红外掺钬光纤激光器具有一定的参考价值。     

高功率窄谱宽1 915 nm掺铥光纤激光器研究

开展了1 915 nm高功率、高效率、窄谱宽输出的掺铥光纤激光器（TDFL）研究。基于全光纤主振荡功率放大（MOPA）结构,采用40 W的793 nm半导体激光器泵浦纤芯直径25 m的双包层大模场面积（LMA）掺铥光纤,获得了最高功率12.1 W的1 915 nm窄谱宽连续种子激光输出。将8 W种子光注入掺铥光纤放大器,在793 nm激光泵浦功率为142.9 W时,获得了平均功率90 W的激光输出,其中心波长为1 915.051 nm,3 dB谱宽仅为94 pm,斜率效率为60.2%,光-光转换效率达63.0%。该系统在40 min运行考核时间内输出激光稳定性良好。     

掺Yb3 双包层光子晶体光纤激光器的实验研究

实验采用中心波长975nm的最大输功率5W的LD作泵源，掺Yb^3-双包层光子晶体作增益介质，二色镜和光纤端面构成F-P腔。光纤长6m；纤芯直径为3．9μm．对泵光的吸收系数为2300dB／m；内包层直径为200μm．大数值孔径设计(对泵光，数值孔径为0．7)。实验结果表明，在入纤泵浦功率1．73W时获得波长1．078μm、功率1．45W的单模激光，斜率效率为85．1％；模式竞争和自脉动效应是影响激光器输出稳定性能的主要因素。     

染料激光器泵浦的掺铒光纤放大器

光放大器可对光载波进行直接放大,省去了目前光纤通信中广泛采用的光一电、电一光转换的繁琐过程。掺杂光纤光放大器巧妙结合固体激光和光纤制适两种技术,使光放大器光纤化,克服了半导体激光放大器由于模式干扰引起的大噪声及其受温度、偏振影响大的缺陷。其中,掺铒(Er~(3+))光纤光放大器业已受到国内外广泛重视。 1989年下半年,我们用0.655μm的染料激光对4米长掺铒光纤进行反向泵浦,实现了1.54μm信号光的放大。泵浦光功率为9 dBm时,净增益为6.9dB。     

大模面积双包层掺Yb3 光子晶体光纤激光器

报道了一种新型的、具有大模面积(LMA)的掺Yb^3 双包层光子晶体光纤(PCF)激光器。光纤的长度约为5m，光纤纤芯的直径为23μm，内包层的直径为420μm，数值孔径(对950nm)为0．55。输出激光的中心波长为1068．7nm，激光最大输出功率为4．26w。相对于入射的泵浦光，输出激光的转换效率为44．1％。实验结果表明，高功率激光输出存在着自脉动行为。     

掺镱全光纤激光器研究

用自制耦合器搭建了全光纤激光振荡器,通过不同的泵浦方式对全光纤激光器进行了实验研究。实验装置中加入包层光剥离器,纤芯/包层分别为20/400 μm的有源光纤作为增益光纤。实验中未加特定的冷却装置,选用2个110 W激光二极管分别进行前向和后向泵浦,在总泵浦功率223.6 W时,前向泵浦方式中获得激光功率输出152.2 W,光-光转换效率69%;后向泵浦方式中,激光功率输出156.5 W,光-光转换效率70%。最后,进行了双向泵浦实验,泵浦光功率443.8 W时,1080 nm近单模激光功率输出311 W,光-光转换效率70%。进一步增加泵浦功率,会获得更高功率的1080nm激光输出。     

专利与文献

一、激光器件6001激光二极管泵浦的掺Er~(3+)单模光纤激光器的工作本文首次报道了用连续AlGaAs激光二极管泵浦的、在约1.6μm工作的掺Er~(3+)单模光纤激光器的结构和性能,其输出功率为130μW,斜率为3.3％。[义]     

国产两万瓦级同带泵浦掺镱双包层光纤

同带泵浦是目前实现高功率光纤激光器的主要技术之一。报道了一种自主研制的同带泵浦掺镱双包层光纤,采用改进的化学气相沉积工艺结合液相掺杂工艺,通过纤芯组分设计和制棒工艺优化,提高了高掺杂光纤纤芯折射率的均匀性。基于所研制的47μm/400μm光纤搭建了全光纤化主振荡功率放大器,采用同带泵浦方式,实现了高受激拉曼散射(SRS)抑制比的20.88 k W激光输出,中心波长为1080 nm,斜率效率为82.7%。这是目前国产光纤以同带泵浦方式实现的最高功率。     

双包层光纤放大器小信号时放大的自发辐射特性研究

基于速率方程,针对不同的泵浦方式,对双包层Er^3＋／Yb^3＋共掺光纤放大器小信号放大时放大的自发辐射（ASE）特性进行了全面研究。研究结果表明：反向泵浦时,ASE＋输出功率大于ASE-输出功率,各波长分量对ASE＋输出功率的贡献大于该波长分量对ASE-输出功率的贡献;增加纤芯数值孔径,无论正向泵浦还是反向泵浦,ASE输出功率都单调减小;当包层对芯径面积之比小于某一特定值时,对于反向泵浦,ASE＋输出功率大于ASE-输出功率。这些特点显示了小信号放大时ASE与大信号放大时ASE所存在的差异。     

基于水解工艺掺Yb3+大模场微结构光纤的制备与光学性能

采用四氯化硅水解掺杂结合高频等离子体粉末熔 融法制备了掺Yb³⁺石英玻璃,以此玻璃作为光纤 纤芯,通过堆积-拉丝法拉制了掺Yb³⁺大模场微结构光纤。光纤的纤芯直径达到了130μm,并且研究了光 纤的吸收光谱、发射光谱、损耗特性和激光特性。以此光纤为增益介质,当泵浦波长为970nm时,实现了 波长为1033nm的连续激光输出,激光输出的最 大功率为 3.6W以及激光斜率效率为42.1%。测试结果表 明,利用水解工艺制备的掺Yb³⁺大模场微结构光纤有望应用于高功率光纤激光器的研 制。     

百瓦级高能光纤激光器实验研究

试验研究了百瓦级端面泵浦高功率掺Yb~(3+)双包层光纤激光器.实现了最高功率621W激光输出.并利用有自主知识产权的粗光纤焊接技术,实现了全光纤结构单端泵浦125W激光输出,双端泵浦297W激光输出.     

掺Er~(3+)、掺Nd~(3+)光纤的光谱及其最佳泵浦波长和光源

本文给出掺Er~(3+)、掺Nd~(3+)和普通单模光纤在3800A——18000A波段上的吸收谱,以及关于半导体激光器激发掺Nd~(3+)光纤荧光曲线的实验结果,并对它们的吸收谱进行相互比较,讨论光纤激光器、放大器的最佳泵浦波长,建议用NYAB自倍频激光器作为掺Er~(3+)和Nd~(3+)光纤泵浦光源。     

Er3+/Ce3+共掺铋锗酸盐玻璃及其光纤的制备和光谱性质

用高温熔融法制备了Er3+/Ce3+共掺铋锗酸盐(Bi2O3-GeO2-Ga2O3-Na2O)玻璃,研究分析了该玻璃中Er3+离子1.5μm波段荧光和上转换发光,Ce3+离子共掺引入的Er3+:4I11/2→Ce3+:2F5/2间能量传递能有效地抑制上转换发光并增强1.5μm波段荧光发射.同时,利用该组分玻璃拉制了包层直径为125 μm的铋锗酸盐玻璃掺Er3+光纤,1310 nm波长处光纤传输损耗为3.4 dB/m.通过对975 nm波长激励下光纤的放大自发辐射(ASE)测试表明,铋锗酸盐玻璃掺Er3+光纤可在1450～1650 nm波长范围获得宽带ASE光谱,因此是一种适用于宽带光纤放大器的增益介质.     

980nm波段钛宝石可调谐激光泵浦掺铒光纤放大器的净增益达49.6dB

采用的泵浦源是Coherent公司899-29型钛宝石可调谐激光器,在980nm波长处额定功率600mW,激光线宽小于6GHz;用于混合泵浦的1480nm半导体激光器,最大输出功率90mW。信号源为分布反馈半导体激光器,单纵模工作波长1536nm,额定功率3.5mW。所用的国产的掺铒光纤芯径3.27μm、数值孔径0.223、截止波长958.6nm;英制掺铒光纤芯径3.17μm,数值孔径0.22、截止波长910nm、掺铒浓度200ppm;980nm和1480nm混合泵浦用的掺铒光纤芯径4.9μm、数值孔径0.22、截止孔径0.22、截止波长1.4μm、掺铒浓度230ppm;英制铒/镱双掺杂的光纤、掺镱浓度13000ppm。信号光和泵浦光通过光纤波分复用器耦合进掺铒光纤,波分复用器对信号光的耦合率大于99％、对泵浦光直通率大于90％,以硅片上镀介质膜和小棱镜作滤波器和隔离器,用GDS50-15双光栅单色仪,Coherent 212型功率计和AV2491型光纤功率计作探测器。     

掺杂稀土光纤特性及其放大器的研究

掺杂稀土光纤放大器是一种新颖的有源光纤器件,尤其是掺Er~(3+)光纤放大器工作波长是1.536μm,正处于光纤通讯的最佳窗口,引起人们极大重视。本文对掺Er~(3+)、掺钕和SiO_2基的单模光纤的吸收谱和荧光谱在     

1565nm激光泵浦Tm:Ho共掺石英光纤激光器稳态特性

与800nm和1180nm泵浦带相比较,1565nm泵浦有效消弱了多能级快速非辐射跃迁以及能量上转换损耗.建立了1565nm激光泵浦Tm3 :Ho3 共掺石英光纤产生2μm激光的理论模型,给出系统完整的速率方程和功率传输方程,采用数值模拟的方法对理想条件下系统稳态特性进行分析.结果表明,采用1565nm激光作为泵浦源,能够获得高效率的激光输出.在泵浦功率为3W、光纤长度2.2m时,输出功率高达1.7W、量子效率57%、斜效率67%.这是目前此类光纤获得的较好转换效率.