掺Yb^(3+)双包层大模场面积微结构光纤光谱特性的研究

掺Yb3+双包层大模场面积微结构光纤(micro-structured fibers,MSF)是作为超大功率光纤激光器的理想介质。本文首先采用非化学气相熔炼法制备出掺Yb3+石英基玻璃材料,然后按照设计要求,通过排布拉制法制备了掺Yb3+双包层大模场面积微结构光纤。分别利用钛宝石飞秒激光器(波长调至为975 nm)和波长为980 nm LD激光器作为激励源,对掺Yb3+双包层大模场面积微结构光纤的荧光光谱进行分析,实验结果表明:该光纤在波长为1 050 nm处产生强的荧光,同时该光纤还能有效的抑制合作发光现象(coopera-tive luminescence)的产生。

大模场Er^(3+)/Yb^(3+)共掺锥形微结构光纤1.5μm激光特性

采用全矢量有限元法设计了一种大模场双包层微结构光纤及锥形波导结构。采用复丝拉制方法制备了成分为45Bi_(2)O_(3)-29GeO_(2)-15Ga_(2)O_(3)-10Na_(2)O-1CeO_(2)的大模场双包层微结构光纤,纤芯直径为70μm,内包层的占空比为0.25,模场面积约为3014.8μm^(2)。采用熔融拉锥技术制备了纤芯直径为17.5μm、有效模场面积为206.47μm^(2)的锥形光纤。在980 nm泵浦下研究了微结构光纤及其锥体的激光特性。结果表明,拉锥后微结构光纤的激发光谱中心波长由1550.2 nm向短波漂移至1546.9 nm,而输出激光光束质量因子M^(2)由3.45±0.03显著减少至1.16±0.01。拉锥前后的斜率效率分别达到10.29%和9.70%。研究结果表明,拉锥可有效改善大模场双包层有序微结构光纤的激光输出模式,拉锥后的激光输出具有良好的单模特性。该项技术研究结果为大模场、高功率的激光光纤材料制备提供了新的技术途径。

高功率掺Yb^(3+)大模场光纤放大器实验研究

为了研究高功率光纤放大器的工作特性,采用两级光纤放大器对整形脉冲进行放大,得到放大后的脉冲能量为10μJ、峰值功率为2.4kW。发现当抽运功率高于1.4W 时,输出功率变得很不稳定,甚至出现了能量很高的巨脉冲。模拟了掺 Yh^(3+)大模场光纤放大器,模拟结果与实验结果吻合较好。结果表明,信号光峰值功率放大到几千瓦时尚未饱和,光纤内仍有很多剩余储能,重新对放大器的设计进行优化,可以获得更高的能量。

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.

掺Yb^(3+)光子晶体光纤激光器的研究进展

主要介绍了掺杂光子晶体光纤激光器的国内外研究进展,单根掺Yb3+光子晶体光纤的连续输出功率已达到2.5kW,峰值功率高达4.5MW,模场面积高达2300μm2。探讨了掺Yb3+光子晶体光纤激光器目前存在的技术与理论问题。

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。

掺镱光子晶体光纤纤芯材料制备及光纤数值模拟

基于掺镱多组分玻璃光子晶体光纤具有较高的离子掺杂浓度和大的受激发射截面以及宽的发射带宽,同时能够允许更高的泵浦功率密度和工作温度,因此其非常适合于作为高功率光纤激光器的增益材料。通过对采用高温熔融法研制的一种掺镱硅酸盐光子晶体光纤新材料的物理性能及光谱性能进行的测试,其较大的受激发射截面和较长的荧光寿命的特性得以验证。以其作为光子晶体光纤的纤芯,设计出了纤芯为正六边形掺镱光子晶体光纤,并利用有限元理论等模拟软件对设计的光纤结构进行了数值模拟,实验研究和数值模拟结果均表明该材料非常适合作为光子晶体光纤的芯体材料。

大模场面积掺镱微结构光纤的制备与激光性能（英文）

针对高功率光纤激光器在实际应用过程中所面临的高效耦合及激光输出质量问题,自行设计了大模场微结构光纤的波导结构,采用集束拉丝技术制备了纤芯直径41μm、内包层数值孔径0.62、纤芯数值孔径0.05、有效模场面积约530μm2的掺镱微结构光纤。在抽运功率为35.0 W的条件下,获得的单模激光输出功率为19.1 W,斜率效率为55.2%,光束质量因子M2小于1.01。

大模面积双包层光纤激光器性能的实验研究

基于大模面积双包层Er3+/Yb3+共掺光纤,采用P-F腔结构,详细研究了工作温度、光纤弯曲对泵浦吸收和激光输出性能的影响。结果表明:随着泵浦功率的增大,输出光谱的模式逐渐增多;泵浦源的工作温度决定其输出光谱特性,进而影响光纤激光器的输出效果;光纤不同激光模式对应不同光纤弯曲损耗,当弯曲半径减小到一定程度时,多模输出变成单模输出,由此提高输出光束质量。

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。

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.

光子晶体光纤在光纤激光器中的应用

光子晶体光纤研究的日趋成熟不仅拓宽了光纤激光器的研究领域,同时也推动了激光技术的发展。文章针对大模面积双包层光子晶体光纤的特点,探讨了其在光纤激光器中的应用,重点阐述了光子晶体光纤在光纤激光器应用领域的最新进展,并介绍了燕山大学在制备稀土掺杂光子晶体光纤上所取得的最新成果。

260μm芯径超大模场光子晶体光纤实现准单模传输

大模场光子晶体光纤的结构和设计具有很高的灵活性,能够通过调整其微结构来获得实现高能激光输出所需的有效模面积大等优良特性,使光纤激光器的性能显著改善。国内目前对于光子晶体光纤的研究主要集中在基础理论和基本性能的测试上。近年来,中国科学院上海光学精密机械研究所在光子晶体光纤的制备方面展开了探索性的研究,目前掺Yb3＋石英光子晶体光纤已经实现了功率达到7w的连续输出。