利用啁啾脉冲光谱滤波和非线性偏振旋转技术实现高稳定性和开机自启动的全光纤掺Yb^3＋光纤锁模激光器

建立理论模型,讨论了非线性偏振旋转全光纤锁模激光器的锁模过程、谐波过程以及导致激光器锁模运行难以稳定的影响因素.讨论了采用啁啾脉冲光谱滤波产生脉冲自振幅调制、增加激光器锁模稳定性和自启动能力的机理以及非线性偏振旋转与啁啾脉冲光谱滤波相结合实现锁模的物理过程和脉冲演化过程.研制出全光纤结构的超短脉冲掺Yb^(3+)光纤环形激光器,采用非线性偏振旋转和啁啾脉冲光谱滤波相结合的锁模技术,实现了激光器锁模的开机自启动和高稳定运行.对激光器进行了长期运行稳定性、锁模开机自启动能力、锁模输出参数可重复性监测.锁模脉冲中心波长1052.9 nm,谱宽9.1 nm,脉冲能量4.25 nJ,脉冲宽度17.8 ps.运行期间,各参数波动均小于0.3%.开机自启动能力和可重复性测试显示,激光器可实现一键自启动,启动后各参数可重复精度在0.55%以内.

激射波长和泵浦波长对掺Yb3＋双包层光纤激光器的影响

为探讨激射波长和泵浦波长对掺Yb3+双包层光纤激光器的影响,数值模拟了泵浦波长为975nm和915nm,激射波长在1050nm至1120nm范围变化时,掺Yb3+双包层光纤激光器的输出特性。结果表明,当泵浦波长为975nm,激射波长在1088nm左右,以及泵浦波长为915nm时,激射波长在1080nm左右时,双向泵浦和反向泵浦的掺Yb3+双包层光纤激光器输出功率达到最大值。与915nm的泵浦源相比,利用975nm泵浦可使泵浦阈值功率降低以及获得更高的激光翰出功率。泵浦波长为975nm和915nm时,激射波长在1090nm附近,阈值功率达到最低值。所得的结果对激光器的优化设计具有重要意义。

基于光纤平移的窄线宽可调谐Er^(3+)/Yb^(3+)共掺光纤激光器

针对输出耦合镜旋转调谐时输出光束方向变化问题,设计了一种光纤位置平移、而调谐输出光束方向不变的光纤激光器系统。运用光栅方程,分析了光纤平移的调谐机理;采用输出与反馈光束耦合模型,分析了输出增益线宽随光纤位置、光束半径的变化。理论分析表明:该光纤激光器可获得线宽小于0.2nm的调谐激光输出。实验结果表明,该激光器在波长为1543.446nm处获得的调谐输出功率最大,达到470mW,计算的斜率效率为23.9%;整个调谐区域达到36nm,调谐范围内激光的3dB线宽小于0.08nm。

掺Yb^(3+)石英光纤的制作

利用一种新型的环形石墨炉加热的改进的化学汽相沉积(MCVD)车床制作出了高吸收、低背景损耗单包层高掺Yb3+石英光纤,并对其几何参数和吸收谱进行了测量、分析和讨论,得出了高掺Yb3+石英光纤的制作要点在于高质量疏松层的制作的结论,并分析了疏松层中掺P有助于提高掺Yb3+量的机理。制作出的高掺Yb3+单包层石英光纤样品在976 nm波长下的吸收可达594 dB/m,而背景损耗只有0.1 dB/m。

掺Yb^(+3)光纤的光学双稳与多稳的相干控制研究

Yb+3具有简单的二能级结构,利用双光子驱动建立起原子的相干,由于Yb+3的能级具有上下多重态的结构特点,使原子跃迁在多个Stark子能级间发生.这些跃迁的相干叠加决定着介质的非线性吸收和色散,而相干叠加的结果取决于驱动场的拉比频率.结果表明通过改变驱动场的拉比频率,可有效控制系统的双稳与多稳的存在与否和阈值强度的高低.

掺Yb^(3+)环形光纤激光器的双波长可调谐特性

通过构建基于非线性偏振旋转机理的掺Yb3+环形光纤激光器,获得了等幅和非等幅两种双波长输出状态,分别测量其输出功率.结果表明,由于不同波段激光增益的差别较大,因此不同波长的转换效率相差较大.分析了双波长输出的可调谐特性,并考察了泵浦功率对1 029 nm和1 048 nm双波长输出的影响.观察到2～7个波长的输出,并测量了其泵浦功率区间及最大输出功率.

掺Yb^3＋双包层光纤激光器实验中的荧光分析

在研究掺Y b3+光纤激光器的实验中,发现伴生有可见区的荧光,用光谱仪测量发现该可见区荧光的波长分别为639.4 nm,520.7 nm,487 nm和474.8 nm,通过对比分析掺Y b3+光纤中杂质的能级结构,发现伴生的红、绿、蓝荧光由Y b3+与P r3+合作产生,其荧光过程是由于Y b3+离子的能量转移给P r3+,由P r3+受激辐射产生的红、绿、蓝荧光。实验结果表明:掺Y b3+双包层光纤吸收泵浦光后产生的荧光是上转换的,这会导致光纤激光器激光能量转换效率的降低。

高功率双包层光纤激光器温度分布的数值分析

对高功率光纤激光器热效应问题进行了理论研究,在分析热效应产生原因的基础上,建立了一套双包层光纤激光器稳态温度分布模型,数值模拟了光纤轴向和径向的温度分布,得出了不同的光纤长度、截面半径和制冷条件下光纤端面中心温度随激光输出功率的变化关系.结果表明,单根光纤在输出千瓦级激光情况下对光纤端面附近区域沿轴向制冷将显著降低热效应的影响.

掺Yb^(3+)光纤激光器MOPA工作方式中的放大自发辐射

为了研究光纤激光器工作中的自发辐射现象,从掺Yb3+光纤的能级结构和速率方程出发,建立主振荡功率放大(MOPA)光纤激光器的数学模型,对系统内各参量进行了数值计算。分析结果显示:在抽运工作稳态条件下,放大器的系统储能和自发辐射受到抽运强度和粒子掺杂浓度的影响;对于低重复频率的脉冲信号,放大过程中的自发辐射非常严重。为了减弱自发辐射,将连续抽运换成适当脉宽的脉冲抽运,即在信号脉冲前进行一段能够刚好让上能级粒子数充分恢复的脉冲抽运,可以在不影响信号脉冲放大的前提下,明显削弱连续抽运情况持续存在的自发辐射。数值模拟表明该方法在适当的抽运脉宽和强度下是可行的,实验数据则较为完好地印证了计算结果。

利用光谱滤波器实现自启动的全光纤超短脉冲掺Yb^(3+)光纤激光器

讨论了利用光谱滤波器实现自启动的被动锁模掺Yb3+光纤环形激光器的锁模机理,并研制出全光纤结构超短脉冲掺Yb3+光纤环形激光器.使用980nm二极管激光器作为抽运源,高掺杂浓度掺Yb3+光纤作为增益介质.在净群速度色散为正的环形腔中加入光谱滤波器,抑制Yb3+离子在1030nm强发射峰的同时,通过对啁啾脉冲的光谱滤波实现脉冲压缩.光谱滤波器与光纤非线性偏振旋转效应相结合,实现了激光器在1053nm可自启动、十分稳定的锁模运转.激光器锁模阈值功率300mW,平均斜率效率18.3%,最大输出功率53.07mW,对应最大输出脉冲能量3.2nJ.锁模光脉冲中心波长1053.6nm,3dB带宽10.84nm,重复频率16.45MHz.锁模脉冲宽度为皮秒量级,经腔外光栅对压缩至188fs.

Er^(3+)/Yb^(3+)共掺双包层光纤激光器谱组束实验研究

报道了利用放置在外腔中的闪耀光栅实现两个不同长度Er^(3+)/Yb^(3+)共掺双包层光纤(EYDF)激光器谱组束的实验。外腔由两个二色镜和一个共用的部分反射镜构成,增益介质为EYDF,外腔中的变换透镜可将光纤输出端按角度定位到闪耀光栅上,闪耀光栅实现光纤激光器的模式选择。实验进行了单个EYDF激光器的调谐,在1532～1568 nm范围内获得了稳定的单模输出,激光3 dB线宽均小于0.08 nm,调谐范围约为36 nm,接近Er^(3+)的增益带宽。实现了两根长度分别为6 m和8 m的EYDF激光器的谱组束,在入纤抽运功率分别为2.6 W和4 W的条件下,获得了480 mW的谱组束输出。

利用非化学汽相沉积法制备掺Yb^3＋光子晶体光纤的研究

提出了一种制备掺Yb3+光子晶体光纤(PCF)的新方法,即:非化学气相沉积法。利用溶液掺杂法,将SiO2、YiCl3、AlCl3、K2CO3材料在水溶液中混合,再蒸发、烘干得到均匀的混合材料,经2 000℃以上高温熔炼制备出高掺Yb3+浓度石英玻璃。用掺Yb3+石英玻璃作为纤芯,通过堆积法制备光纤预制棒,再经拉丝塔拉制出了大芯径掺Yb3+PCF。对掺Yb3+PCF的光谱特性进行了实验测量,得到了良好的吸收特性和荧光特性。

同步脉冲泵浦抑制光纤放大自发辐射实验研究

放大的自发辐射(ASE)是影响掺Yb3+光纤放大器效率的重要因素之一。为了抑制ASE,本文从放大器的泵浦方式着手,设计并搭建了同步脉冲泵浦的掺Yb3+双包层光纤放大器,证实了其具有明显抑制ASE的效果。在重复率400 Hz时,将平均功率15 mW,脉宽500 ns的信号光放大至170 mW,实现增益10.5 dB。同时实验研究了不同泵浦脉宽对于ASE生成的影响。

基于水解工艺掺Yb^(3+)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Yb^(3+)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Yb^(3+)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1 033nm的连续激光输出,激光输出的最大功率为3.6 W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Yb^(3+)大模场微结构光纤有望应用于高功率光纤激光器的研制。

基于偏振滤波原理的宽可调谐掺Yb^(3+)环形光纤激光器

以973 nm半导体激光器(LD)为抽运源,高掺杂浓度Yb^(3+)光纤为增益介质,构建了一套环形腔光纤激光器,通过调整腔内由普通光纤和偏振器件构成的偏振态滤波器,得到连续调谐宽度24 nm(1030～1054 nm)、激光阈值为49 mW的激光输出。通过对部分腔体光纤施加均匀应力的方法较大地扩展了激光器的调谐范围,实现了宽达57 nm(1021～1078 nm)的可调谐激光输出。与文献报道的基于偏振滤波原理的其他可调谐Yb^(3+)光纤激光器相比,构建的激光器实现了更大范围的可调谐性。

高重复频率、单模纳秒脉冲全光纤激光器

报道了一种基于主振荡放大技术的全光纤脉冲激光器.种子激光器使用直接调制的单纵模半导体激光器,其输出波长为1063.8nm,重复频率100kHz～10MHz连续可调谐,光纤放大器采用了多级放大器级联的方法.在重复频率100kHz、脉冲宽度5ns时,激光器获得了平均功率为1.2W,峰值功率为2.4kW的单横模激光脉冲输出.

Yb3＋掺杂微结构光纤研制及对飞秒激光的放大实验

采用高温等离子体非化学气相沉积技术与溶液掺杂相结合的方法制备了Yb3＋掺杂微结构光纤。该光纤在波长976nm处的损耗为7．5dB／m，表明光纤对976nm波长的抽运光具有较好的吸收效率。为测试所制备光纤的激光性能，分析了该光纤的荧光特性，并搭建了后端抽运飞秒激光放大系统。采用3m光纤，以脉宽为150fs，重复频率为50MHz，中心波长为1030nm的飞秒激光作为种子光，成功将138mw的飞秒激光放大到605mw，且模场呈高斯分布。实验结果验证了该掺杂微结构光纤制备方法的可行性，并为未来探索掺杂微结构光纤制备的新方法，探索高功率Yb3＋掺杂微结构光纤飞秒激光放大器和激光器打下了前期基础。

掺Yb^(3+)光纤中光暗化的研究概述

光暗化现象大大限制了掺Yb3+光纤的激光输出功率。掺Yb3+光纤激光输出功率的提高需要对光暗化现象采取有效的抑制措施。为此,从掺Yb3+光纤中光暗化现象中色心产生的原因、主要影响因素和抑制措施三方面概述近年来国内外研究学者对掺Yb3+光纤光暗化现象的研究,为今后掺Yb3+光纤光暗化的研究提供指引。

掺镱光纤激光器粒子数空间分布研究

针对基于重叠因子模型的速率方程不能分析粒子数空间分布的情况,依据双包层掺Yb3+光纤激光器中,内包层光强近似于均匀分布、而纤芯中光场近似于高斯分布的特点,建立了基于光强分布的速率方程。依据该方程,分析了正向、反向和双向泵浦方式下,Yb3+上能级粒子数的空间分布。结果表明:沿光纤轴向,不同的泵浦方式导致上能级粒子数呈现不同的分布特征;而沿光纤径向,无论采用何种泵浦方式,上能级粒子数都呈现中间低、两端高的抛物线分布结构。

双包层光纤光栅的制备及其高功率光纤激光实验研究

以248 nm的KeF准分子激光器为光源,基于相位掩模法,研究了大模场面积双包层光纤(LMA-DCF)光栅的刻写技术。在20/400μm的LMA-DCF中制备出中心波长1076.11 nm,基模反射率大于99.9%,3 dB带宽0.32 nm的光纤布拉格光栅(FBG)。用已制备的FBG作为腔镜,采用分立的光学元件后向抽运掺Yb3+光纤激光器,实现了144 W的稳定激光输出,斜率效率为60%,输出激光光谱特性同FBG的光谱特性一致。