基于级联跃迁的2.8μm低掺铒氟化物光纤激光器数值分析与优化

2.8μm和1.6μm激光级联跃迁的工作方式,可以有效解决低掺铒氟化物光纤中自终止效应导致的2.8μm激光功率提升难题.建立基于低掺铒氟化物光纤2.8μm和1.6μm激光级联跃迁的中红外光纤激光器数值模型,系统分析了2.8μm和1.6μm激光波长对2.8μm激光功率和转换效率的影响.计算结果表明,选取1610 nm作为级联激光工作波长,能有效平衡2.8μm激光下能级^(4)I_(13/2)粒子向基态^(4)I_(15/2)和激发态^(4)I_(9/2)的跃迁过程,实现2.8μm波段激光输出功率和效率的提升.此外,计算了1.6μm激光腔反馈对2.8μm激光功率和效率的影响,结果表明,仅通过光纤端面提供的弱反馈即可实现1.6μm激光振荡,从而获得高效率2.8μm激光输出.

基于氧化铜可饱和吸收体的掺铒光纤激光器

报道了一种基于氧化铜(copper oxide, CuO)材料可饱和吸收体(saturable absorber, SA)的孤子锁模掺铒光纤激光器(erbium-doped fiber laser, EDFL)。通过将液相沉淀法制备的氧化铜沉积在锥形光纤上作为SA被动锁模器件。当泵浦功率为233.6 mW时,在中心波长1 530.2 nm处获得了脉冲宽度为1.23 ps的传统孤子,其基本重复频率为5.34 MHz,脉冲能量和平均输出功率分别为1.37 nJ和2.2 mW。此外,当泵浦功率增加到329 mW时,首次在中心波长1 529.6 nm处观察到了束缚态孤子脉冲,其光谱调制周期为3 nm,脉冲分离度为2.6 ps。研究结果表明,CuO材料是超快光纤激光器的良好SA候选材料。

基于SWNT可饱和吸收体结合Sagnac滤波的调Q掺铒光纤激光器

提出并搭建了一种基于单壁碳纳米管可饱和吸收体结合Sagnac环的被动调Q掺铒光纤激光器,对其输出激光特性进行实验研究。采用光沉积法制备了单壁碳纳米管可饱和吸收体,其透射率为75%。基于单壁碳纳米管的可饱和吸收特性,搭建调Q激光器,实现谐振腔Q值调节。将Sagnac环形滤波器插入光纤环形腔,Sagnac环结构产生的滤波效应可以对调Q脉冲实现精细度滤波,该激光器工作阈值为800 mW。当泵浦功率为830 mW时,激光器可实现稳定的1 530.4 nm激光输出,输出功率为12.3 mW,重复频率为210.7 kHz,对应的脉冲周期为4.76μs,脉冲宽度为2.19μs,其最大脉冲能量为58.37 nJ。

碳纳米管可饱和吸收体被动调Q掺铒光纤激光器

为了实现一种结构简单紧凑、低成本的1.5μm环形腔可饱和吸收体被动调Q掺铒光纤激光器(EDFL),采用沉积法制备单壁碳纳米管可饱和吸收体薄膜作为系统中的可饱和吸收体器件。将制成的可饱和吸收体器件以“三明治”结构放入环形腔掺铒光纤激光器中,实现了稳定的调Q脉冲输出。被动调Q掺铒光纤激光器,以980 nm半导体激光器作为泵浦源,掺铒光纤作为增益介质,激光器阈值为70 mW,工作波长为1 557.5 nm。当泵浦功率从80 mW增加到180 mW时,各参量均呈一定趋势发展。调Q脉冲的重复频率从11.14 kHz增加到32.73 kHz,脉冲能量从8.4 nJ增加到36.9 nJ,脉冲宽度从16.6μs减小到4.62μs。

基于Sagnac滤波结构的波长可调谐掺铒光纤激光器

针对光纤激光器波长调谐范围较窄以及输出激光波长调谐难度较大的特点,设计了一种基于光纤Sagnac滤波结构的多波长可调谐掺铒光纤激光器,实现了单波长、双波长以及三波长激光稳定输出。所设计的光纤激光器为环形腔结构,采用5 m长度的掺铒光纤作为增益介质,选用长度为4 m的领结型单模保偏光纤结合3 dB光纤耦合器和偏振控制器构成Sagnac滤波器。实验中,激光器工作阈值为51 mW,通过调节激光器谐振腔内损耗,在1 561.68~1 568.19 nm光谱范围内实现了单波长激光可调谐输出,最小波长间隔为0.71 nm,且信噪比优于27.22 dB;所设计的激光器能够产生3种不同组合的双波长激光输出,双波长间隔最小为0.51 nm,并且通过调节偏振控制器,获得了2种不同组合的三波长激光输出。在20 min监测时间内,单波长、双波长、三波长激光功率漂移分别优于0.523,0.768,3.432 dB。

全保偏飞秒光纤激光器异步锁定技术研究

基于全保偏掺铒光纤激光器、锁相环系统和太赫兹测距光路搭建了一套太赫兹双光梳测距系统。所采用的全保偏掺铒光纤激光器重复频率为79.261 MHz。利用压电陶瓷(piezoelectric ceramics,PZT)和步进电机(stepper motor,SM)双级反馈控制的方案,实现了重复频率锁定和重复频率1.54 MHz可调。使用频率计数器对双光梳重复频率锁定效果进行监测,重复频率锁定的峰峰值抖动为±1.5 mHz,抖动标准差为0.4 mHz。将双光梳重频差设置在10 Hz,10 min内重复频率差最大抖动为3 mHz,标准差为0.6 mHz。进一步将异步采样双光梳系统应用于太赫兹测距,测量移动距离的误差为3µm。该系统具有锁定精度高,稳定性强等优势,有望应用于生物无损检测和工业精密加工中。

温度对自种子直线腔光纤激光器的影响研究

为了研究温度对光纤激光器输出性能的影响,构建了一种自种子直线腔光纤激光器。该激光器采用掺铒光纤作为腔内放大增益介质,并利用光纤布喇格光栅(FBG)和光纤环镜组成线形激光腔。通过改变腔中核心器件的温度对激光器进行了实验研究。实验结果表明:随着温度的升高,激光器波长线性增加;与FBG自身加热时激光器的输出波长变化相比,激光器波长额外红移0.05243 nm。当温度从25℃升高至55℃时,激光器输出转换效率降低了4.878%,输出功率降低了33%。

基于石墨烯可饱和吸收体的掺铒光纤环形腔脉冲激光器

利用新型材料石墨烯作为可饱和吸收体,设计了用于光纤通信和材料加工的环形腔结构脉冲光纤激光器,实验研究了石墨烯可饱和吸收产生脉冲输出的原理以及输出脉冲激光的特性。通过激光诱导沉积法将石墨烯材料转移到光纤端面并将其置于环形激光腔结构中;采用974nm半导体激光器作为抽运源,掺铒光纤作为增益介质,调节偏振控制器的角度得到了稳定的锁模输出脉冲。获得的锁模脉冲中心波长为1 560.1nm,重复频率为7.89MHz,脉冲光谱3dB带宽为0.27nm,脉冲宽度为14.7ps。实验显示,由于石墨烯具有良好的可饱和吸收性能,损伤阈值比较高,有望取代单壁碳纳米管成为一种新型的激光锁模材料。

LD泵浦瓦级单模高掺铒中红外光纤激光器(英文)

中红外激光在激光医疗、激光光谱学和红外对抗等领域有着广泛的应用前景.为了获得结构紧凑、便携性好的中红外激光源,采用975nm半导体激光器泵浦高掺铒氟化物双包层光纤实现了2.8μm的中红外光纤激光输出.将光纤耦合输出的中心波长为975nm的半导体激光,经过消像差非球面透镜系统耦合进双包层光纤,激光谐振腔由高反镜和具有4%菲涅耳反射率的光纤端面组成,当注入到增益光纤的泵浦功率高于0.37 W时,获得了中红外激光输出.实验结果表明:中红外光纤激光器中心波长为2.785μm,谱宽0.9nm;工作阈值为0.37W,最大输出功率为0.98W,斜率效率为17%,激光工作模式为单模.利用高掺杂浓度铒离子间的能量转移上转换,获得了高效率瓦级单模中红外光纤激光输出.

全光纤调Q掺铒光纤激光器的脉冲研究

报道一种全光纤调Q掺铒光纤激光器 ,在其结构中采用带有光纤光栅的光纤环形镜作为调Q装置 此调Q方案同时具有对腔内损耗进行调制和对激光输出波长选择的功能 理论上分析了不同臂长差时的脉冲出现情况 ,与实验基本相符

基于FBG的波长可调谐环形掺铒光纤激光器

在介绍光纤光栅波长调谐原理的基础上，设计了一种环形腔掺铒光纤激光器。利用光纤光栅（FBG）作为波长调谐元件，在20～170℃的温度范围内，实现了输出激光波长在1547．7～1556．5nm内的连续可调，调谐线性度达99．96％，激光光谱的3dB带宽均小于0．05nm，20dB带宽均小于0．08nm，边模抑制比大于52dB，输出功率可达21．2mw。结果表明：可调谐掺铒光纤激光器具有可用带宽较宽、功率高、线宽窄、与光纤元件天然兼容等优点。

氧化石墨烯被动调Q掺铒光纤激光器

报道了基于氧化石墨烯的被动调Q掺铒光纤激光器。激光器采用环形腔结构,调Q器件为自制的氧化石墨烯可饱和吸收镜。泵浦功率在81～505mW范围内时,得到了重复频率68～124kHz的稳定的调Q脉冲输出,脉宽为0.47～1.60μs。由于泵浦功率限制,激光器最大输出功率为10mW,相应单脉冲能量为80.6nJ。此种基于氧化石墨烯可饱和吸收体的被动调Q光纤激光器体积小、成本低廉、结构简单、稳定性高、光束质量高,具有广阔的应用前景。

基于重叠光栅的双波长掺铒光子晶体光纤激光器（英文）

提出了一种基于光纤重叠光栅的双波长光子晶体光纤激光器。激光器采用线形腔结构,掺铒光子晶体光纤为激光器的增益介质,反射率均高于99%的光纤重叠光栅用作激光器的波长选择器件。基于增益均衡技术,抑制谐振腔内的模式竞争,在室温下获得了稳定的双波长激光同时输出。实验结果表明:其3 dB线宽小于0.02 nm,30 dB线宽小于0.25 nm,SMSR为54.34 dB,双波长激光的中心波长间隔为0.932 nm。该双波长激光器输出的双波长激光具有较好的稳定性。

双环掺铒光纤激光器混沌耦合反馈相移控制

提出双环单模掺铒光纤激光器激光混沌耦合反馈相移控制方法和物理模型,利用耦合器将系统的输出量反馈到系统中,选取适当的反馈系数,并在反馈通道上加入相移控制器PC控制反馈光的相移,通过对反馈系数和反馈光相移的控制,实时、动态、有效地控制激光混沌到稳定态和周期态;分析了系统输出状态随着控制参数变化的演化规律,控制参数的变化可以使得系统的输出产生丰富的有一定规律性的激光动力学现象;讨论了混沌被控制到单周期态时系统输出的振荡周期的变化规律与控制量的关系。

双环掺铒光纤激光器混沌的耦合反馈相移控制

提出了双环掺铒光纤激光器混沌耦合反馈相移控制方法和物理模型,利用耦合器将系统的输出量反馈到系统中,选取适当的反馈系数,并在反馈通道上加入相移控制器PC控制反馈光的相移,通过对反馈系数和反馈光相移的控制可以实时、动态、有效地控制激光混沌到稳定态和周期态;结合混沌耦合反馈相移控制方法和物理模型,建立了该控制模型的动力学方程;运用数值计算分析了系统输出状态随着控制参数变化的演化规律,表明控制参数反馈系数和反馈光相移的变化可以使系统的输出产生丰富的具有一定规律性的激光动力学现象;最后讨论了混沌被控制到单周期态时系统输出的振荡周期的变化规律与控制量的关系,在选取适当的控制参数,快速达到所需输出状态时,可以充分利用这一关系。

高功率多模铒镱共掺双包层光纤激光器的研究

为了获得尽可能高的输出功率以满足应用需求,分别以实验和数值分析的方法对铒镱共掺双包层光纤激光器的性能进行了进一步研究。实验上,采用加拿大国家光学研究所生产的EY805型铒镱共掺双包层多模光纤作为增益介质,描述了输出功率随入纤抽运功率以及光纤长度的变化,在光纤长度为1.8m的情况下,获得了3.5W的最大输出功率,光-光转换效率达31.8%。基于速率和传输方程,对该铒镱共掺双包层光纤激光器进行了数值模拟,在相同光纤长度下,计算的最大输出功率约4.4W,光-光转换效率40%,比实验结果要高。讨论了进一步对该光纤激光器性能进行优化的措施。该结果对于促进铒镱共掺双包层光纤激光器的实用化及其性能改进具有重要意义。

被动锁模掺铒光纤激光器中的有理数谐波锁模

为了获得稳定的谐波锁模脉冲,分析了有理数谐波锁模的理论和非线性放大环镜的传输特性。构建了包括一个外部环和一个内部环的8字形被动锁模掺铒脉冲光纤激光器,对被动锁模掺铒光纤激光器进行了相关理论分析和实验研究。实验发现,当调整泵浦功率分别为167,146和126mW时,除了观测到了稳定的谐波锁模脉冲外,还观察到了分别类似于3阶、5阶、6阶的有理数谐波锁模脉冲产生现象,分析其脉冲重复频率,证实此类脉冲序列具有属于3阶、5阶和6阶有理数谐波锁模脉冲序列重复频率的一样的规律,认为其产生原因是8字形光纤激光器中的Sagnac环起了和主动锁模中调制器一样的作用。

双FBG双波长掺铒光纤激光器设计与实验研究

波长可调谐的双波长光纤激光器由于带宽较宽、线宽窄,与光纤元件天然兼容等特点,可作为DWDM光纤通信及光纤传感系统的理想光源。设计并实验研究了一种双波长环形腔掺铒光纤激光器,该激光器采用两根FBG和一个3dB耦合器构成可调谐Y型光滤波器,并通过对FBG施加轴向应力改变布拉格中心波长,从而获得波长可调谐的双波长激光输出。实验结果表明:当轴向负载在0～100 N范围内变化时,双波长光纤激光器的波长差在0.638～1.616 nm范围内线性调谐,调谐灵敏度为0.009 6 nm/N。利用增益均衡方法独立调节激光腔内的增益和损耗,光纤激光器可在单波长和双波长两种运转状态之间切换。

基于光纤环形滤波器的双波长掺铒光纤激光器

提出并设计了一种基于光纤环形滤波器的环形腔掺Er3+光纤激光器,实现了稳定的单波长和双波长激光输出.采用保偏光纤布喇格光栅作为选频器件;两支分光比为20∶80的1×2耦合器结合2m保偏光纤构成环形滤波器,抑制模式跳变,提高激光输出稳定性,通过调节滤波器内偏振控制器实现波长选择性输出;采用长度为1m的饱和吸收体起到稳频作用.实验结果表明:该激光器工作阈值为71mW,在熔接滤波器后,光谱特性得到改善;调节偏振控制器可实现单波长激光可切换输出或双波长激光同时输出,双波长间隔0.88nm,1 535.5nm和1 534.7nm单波长切换输出时最大功率分别为0.078dBm和-2.585dBm,激光3dB线宽为0.16nm和0.15nm;在室温20min内,输出激光波长漂移小于0.06nm,功率变化小于1.3dB.

可调谐多波长掺铒光纤激光器

近年来,多波长光纤激光器作为密集波分复用系统中的重要光源而被广泛研究。对多信道取样光纤光栅(M-FBG)进行了详细的理论分析,并在此基础上实现了一种可调谐多波长光纤激光器。该激光器采用环形腔结构,以掺铒光纤作为增益介质,利用M-FBG的多波长选择特性在室温下实现了功率平坦度小于1 dB、3 dB线宽小于0.1 nm、边模抑制比大于50 dB,且0.5 h内功率波动小于0.5 dB的稳定多波长输出。同时,通过对M-FBG施加变化应力,实现了输出波长在一定范围内连续可调谐。