环形铥光纤激光器中台阶形脉冲的产生

研究了基于非线性偏振旋转(NPR)锁模的铥光纤激光器中台阶形脉冲的产生。通过在NPR锁模器件前后各引入一段长度分别为100 m和350 m长的SMF-28光纤以增强腔内非线性和积累负色散,得到底座宽度为50 ns,重复频率为615.6 kHz,信噪比为55 dB的双波长(波长分别为2025 nm和2034 nm)台阶形脉冲。发现仔细调节偏振控制器和改变泵浦功率可以精细调节台阶形脉冲的形态。通过研究发现台阶形脉冲是由两个矩形脉冲组合而成,且前后泵浦对两个矩形脉冲的影响不同,通过改变偏振态能实现能量在前后两个矩形脉冲之间的转化。本实验为研究被动锁模光纤激光器脉冲动力学和脉冲整形提供了良好的实验平台。

高功率连续掺铥光纤激光器研究进展及展望

2μm高功率掺铥光纤激光器(thulium doped fiber lasers, TDFL)在激光测距、激光雷达及医疗检测等领域有重要应用。本文主要梳理了高功率连续TDFL的国内外最新研究进展,介绍了连续TDFL的发展现状,总结了高功率TDFL功率提升的主要限制因素,并从热效应、非线性效应及模式不稳定性3个方面进行了分析。最后,提出采用新型泵浦结构、优化增益光纤的结构设计、研制高品质光纤耦合器和高亮度泵浦源等方法可进一步提高2μm高功率TDFL掺铥光纤激光器的综合输出性能。

掺铥光纤激光器的波长调谐特性研究

基于简化的二能级激光系统和均匀展宽理论模型,利用原子速率方程和功率传输方程建立了掺铥光纤激光器的理论模型,并以环形腔掺铥光纤激光器为例,通过Matlab编程数值模拟研究了其出射功率和波长调谐范围与腔内损耗、掺铥光纤长度、输出耦合比、泵浦波长和泵浦功率等激光器参量的关系。数值模拟结果表明,降低激光器腔内损耗、提高泵浦激光功率和优化掺铥光纤长度可以提高掺铥光纤激光器的出射功率和增加波长调谐范围,而增加输出耦合比虽能提高激光功率,却减小了波长调谐范围。经过参数优化,在腔内总损耗为3 dB、输出耦合比为10%的情况下,通过提高泵浦激光功率和优化掺铥光纤长度,掺铥光纤激光器的波长调谐范围可达528 nm(1 660~2 188 nm),高于目前已报道的实验结果。将部分模拟结果与文献报道的实验结果进行对比,较好地证实了模型的准确性。研究工作对于掺铥光纤激光器的设计和发展具有重要的理论参考价值和指导意义。

包层泵浦的高功率掺铥光纤激光器(英文)

研究了一种输出功率高且光束质量好的包层泵浦的掺铥光纤激光器.当泵浦功率达到30W时,该掺铥光纤激光器产生的最大输出功率是6.1W,且波长在2μm左右,斜率效率达到55.6%,产生激光的阈值是2.2W.当输出功率为3.3W时,测得光束质量M2X和M2Y分别为1.26和1.32.

基于石墨烯可饱和吸收体的纳秒锁模掺铥光纤激光器

报道了一种基于石墨烯可饱和吸收体的纳秒锁模掺铥光纤激光器.该激光器采用环形腔结构,利用自制的三层石墨烯薄膜作为可饱和吸收体实现锁模.同时在腔内插入一个窄带光纤光栅,约束腔内起振的纵模数,适当调节抽运功率和偏振控制器的角度,得到了重复频率为3.8 MHz、脉宽在3.8—94.3 ns之间灵活可调的2μm纳秒锁模脉冲输出,整个脉宽调节范围超过90 ns.此外,由于获得的兆赫兹纳秒锁模脉冲时间带宽积在49—1119范围内,即存在强烈的啁啾,因而可作为2μm波段啁啾脉冲放大系统中的种子源使用.

掺铥光纤激光器波长可调谐输出特性

利用1 550 nm光纤激光器搭建了一个同带泵浦环形腔掺铥光纤激光器,并对其光谱输出特性进行了研究。在1 550 nm激光泵浦下,1.6 m掺铥光纤自发辐射谱覆盖1 800~1 900 nm范围,3 d B带宽大于60 nm;通过在腔内插入隔离器,获得了线宽小于0.2 nm的激光输出,中心波长在1900 nm附近;进一步在腔内加入FP腔,获得了可调谐的窄线宽输出,光谱调谐范围达60 nm,覆盖从1 840~1 900 nm的光谱范围,激光线宽仅为0.07 nm。另外,在腔内使用通信波段用FP腔,同样获得了较宽调谐范围的窄线宽输出。输出光谱分为1 820~1 850 nm和1 865~1 915 nm两个区域,调谐范围共达80 nm。结合使用2 000 nm FP腔的可调谐光谱范围,该激光器在1 820~1 915 nm的范围都可以获得激光输出,与掺铥光线的自发辐射谱基本相符。

LD泵浦不同腔结构高效运转掺铥光纤激光器(英文)

研究了掺铥光纤激光器的不同谐振腔结构方式。使用LD泵浦,分别采用双色镜和端面反射、高反光纤光栅和端面反射以及双色镜和低反光纤光栅构成激光器谐振腔,均获得了超过Stokes极限的斜效率。其中双色镜和端面反射腔结构下获得了最高斜效率56.9%,对应的量子效率为142%。三种腔结构下,激光光谱线宽由激光器系统所采用的反射腔的光谱特性所决定。在双色镜和端面反射腔结构下,激光器在双色镜的高反带宽内随机起振,光谱较宽;在使用光纤布拉格光栅作为激光器谐振腔的高反射腔镜和低反射腔镜的情况下,激光器都获得了2μm处的窄线宽输出,线宽受限于所使用的光纤光栅的反射带宽。

中红外掺铥光纤激光器光束特性研究

采用热释电探测器阵列法,测量分析自行研制的输出波长为2.02μm、输出功率为0.6W的中红外掺铥光纤激光器光束质量,得到水平方向的光束质量为1.16,垂直方向的光束质量为1.22.实验表明,该方法精度高,且简捷高效.

基于Sagnac环形滤波器的多波长掺铥光纤激光器

为了实现2μm波段多波长激光输出,提出并设计了一种基于Sagnac环形滤波结构的多波长掺铥光纤激光器.激光器由波长793 nm的泵浦源、波分复用器、光纤耦合器、保偏光纤、掺铥光纤以及偏振控制器构成,其中Sagnac环形滤波器以及光纤环形镜作为激光器的反射端.实验中,激光器工作阈值为77.5 mW,通过调节偏振控制器,实现了稳定的单波长激光输出.波长为1852.8 nm的单波长激光输出时,在50 min监测时间内波长最大漂移为0.1 nm,功率最大漂移为0.252 dB,激光3 dB线宽和信噪比分别为0.3 nm和35.7 dB.通过调节偏振控制器,在1850-1900 nm光谱范围内实现了1-4波长的激光输出.

不同腔结构掺铥光纤激光器输出性能的实验研究

研究了LD泵浦的不同谐振腔结构的掺铥光纤激光器的输出特性.采用双色镜和光纤输出端面形成谐振腔,激光器最高斜效率达到了56.9％,对应的量子效率为142％.采用光纤布拉格光栅构成谐振腔,也获得了超过Stokes极限的斜效率,且激光光谱处于光纤布拉格光栅的反射带内.不同腔结构之间对比表明,对于2 μm光纤激光器,采用光纤布拉格光栅构成谐振腔,可以在保持高效率激光运转的前提下,获得较好的光谱特性.

基于覆石墨烯锥型光纤可饱和吸收体的掺铥光纤激光器

报道了一种基于覆石墨烯锥型光纤可饱和吸收体的掺铥光纤激光器。该激光器采用环形腔结构,利用"熔融拉锥"法制备锥型微纳光纤,采用化学气相沉积法制备石墨烯层,并将单层石墨烯覆于锥型微纳光纤上形成可饱和吸收体,利用石墨烯对光纤锥腰部位倏逝场的非线性吸收来实现锁模。通过调节激光器的泵浦功率(1~2.52 W),获得了多个工作状态的产生和演化过程,实验分别获得了连续激光(1~1.38 W)、调Q锁模脉冲(1.38~2.09 W)和稳定的连续锁模脉冲(2.09~2.52 W)3种不同的输出状态。结果表明,覆石墨烯锥型光纤可饱和吸收体能够使激光器实现稳定的锁模运行,研究结果对基于覆石墨烯锥型光纤可饱和吸收体的掺铥光纤激光器输出动力学特性研究具有一定的指导价值。

2μm高功率掺铥光纤激光器研究进展

掺铥光纤激光器不仅具有光纤激光器结构简单、光束质量好、效率高和易于操作等特点,其输出的2μm中红外波段还可广泛应用于各个领域。本文以铥元素的光谱吸收特性和能级结构为基础,讨论了三种泵浦掺铥光纤(TDF)激光器的方法,并对其各自优缺点进行了对比;然后分析了TDF激光器的国内外研究状况,总结了国内TDF激光器发展相对滞后的原因;最后提出了影响TDF激光器工作性能的主要因素及其今后的发展方向。

运用泵浦耦合器和飞秒刻蚀光栅制作的全光纤化掺铥光纤激光器(英文)

全光纤化掺铥光纤激光器作为光学参量振荡器的泵浦源,可以实现3～5μm激光输出,在激光雷达和光电对抗领域有着极为重要的应用前景.本文运用全国产化的泵浦光耦合器和双包层掺铥光纤实现了全光纤化掺铥光纤激光器.该光纤激光器采用自制的光纤布喇格光栅作为反射腔镜,增益光纤采用水冷的方式.光纤布喇格光栅通过45fs、800nm的飞秒脉冲光和相位掩模板直接在双包层掺铥光纤上刻蚀得到,泵浦光通过泵浦光耦合器的一端耦合进入增益光纤,产生的激光由泵浦光耦合器的另一端输出.输出激光的最高功率达到22.2W,激光波长为1.96μm,斜率效率约为37%,激光线宽为72.4pm.

基于宽带可调谐、窄线宽掺铥光纤激光器的2μm波段水的超光谱吸收测量

1.8—2.0μm波段包含大量水的吸收谱线,且吸收强度高于传统的1.3—1.5μm波段,在水的吸收光谱测量中具有很大的应用潜力.超光谱吸收测量技术可以利用宽带范围内的大量吸收谱线来实现物理参数的反演,与传统的单/双谱线的可调谐二极管吸收光谱技术相比具有更好的稳定性、准确性和更宽的使用范围.宽带调谐的窄线宽激光光源是实现超光谱吸收测量的关键器件.利用可调谐法布里-珀罗(FP)腔和光纤可饱和吸收体,搭建了宽带调谐的窄线宽2μm光纤激光器.利用掺铥光纤的再吸收特性,通过合理设计增益光纤长度,得到了在1910—1970 nm约60 nm的光谱范围内连续可调的激光输出,且激光器静态线宽小于0.1 nm,能够满足水的超光谱吸收测量实验的要求.利用该激光器分别对空气和酒精火焰中水在2μm波段的宽带吸收光谱进行了测量.在常温空气中,该光源可以在1910—1965 nm的光谱范围内有效分辨40余条水的吸收谱线;在酒精火焰中,该光源可以在1950—1970 nm的光谱范围内有效分辨近50条水的吸收谱线.通过与HITRAN2016数据库的比对反演得到激光器在动态扫描过程中的线宽约为0.06 nm,与静态测试结果相近;反演得到的空气温度约为298 K,空气中水的摩尔分数约为2%,与温湿度计测量结果一致;反演得到的酒精火焰温度约为1220 K,与热电偶测量结果较为接近.

高功率窄谱宽1915 nm掺铥光纤激光器研究

开展了1915 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25μm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 d B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。

全光纤高功率被动锁模掺铥光纤激光器

利用非线性光环形镜(NOLM)的可饱和吸收特性实现了可自启动的2μm全光纤高能量被动锁模掺铥光纤激光器。当泵浦功率大于3W时,激光器工作在连续或不稳定脉冲运转状态;泵浦功率达到4.69W后,输出为自启动锁模脉冲,重复频率4.26MHz,中心波长2 061.5nm,光谱半极大宽度18.1nm,平均输出功率8.8mW;继续增加泵浦功率到最大值7.56W,可以得到中心波长2 062.2nm、光谱半极大宽度17.1nm、斜率效率为6.2%、脉冲宽度和能量分别为424fs和65.6nJ的稳定锁模脉冲。这是目前已报道的在未经放大情况下脉冲能量最高的2μm锁模脉冲光纤激光器。

可调谐被动锁模掺铥光纤激光器

为了实现波长可调谐被动锁模掺铥光纤激光器,提出了基于激光腔随机双折射效应通过调节激光偏振态来改变被动锁模掺铥光纤激光器的工作波长的方法,并进行了原理分析和实验验证。结果表明,调节偏振控制器可实现在2010nm,2019nm,2024nm,2050nm等多个中心波长处的锁模脉冲输出,同时在单个中心波长附近,还可以精密调谐。这种可调谐锁模激光器结构简单、可调谐性好,对光通信、超快光学、医学、遥感技术和雷达等应用中光源的选择有一定的参考价值。

基于掺铥光纤激光器的内腔气体传感系统研究

为拓展可检测范围,利用掺铥光纤激光器产生的2μm波段激光进行呼吸气中水蒸气的内腔气体传感研究。首先,对直接吸收式气体传感技术进行了理论分析。其次,研究了1570 nm激光泵浦下的掺铥光纤特性,其自发辐射谱主要分布在1.85~2.05μm波段;搭建了全光纤掺铥光纤环形激光器,并采用可调谐滤波器实现了1927.5~1985 nm范围内波长输出,激光线宽为0.05 nm,表现出单纵模窄线宽稳定输出的特点。最后,引入波长扫描技术,实现了对呼吸气中水蒸气在1928~1938 nm范围内光谱扫描,分辨了8条吸收谱线,与基于HITRAN光谱数据库的仿真光谱一致,波长定位的绝对误差低于0.03 nm。结果表明该内腔气体传感系统适用于2μm波段气体传感检测。

1064nm波段泵浦掺铥光纤激光器的理论研究

文章对1064 nm波段泵浦掺铥光纤激光器进行理论分析,以获得到对实际研究有用的结论。先从理论分析计算了1064 nm泵浦掺铥光纤激光器的粒子速率方程和传输方程,并在传输方程中考虑了泵浦光和激光本征吸收影响。利用matlab软件理论模拟不同长度光纤的正反向泵浦光和激光在光纤中的分布。模拟讨论了输出功率与最佳光纤长度的关系,以及激光本征吸收系数和掺铥离子浓度对输出功率的影响。最佳光纤长度时的激光输出功率最高。考虑激光本征吸收是合理的,较小的本征吸收有较高的最大的输出功率。存在一个最佳的掺杂离子浓度使得输出功率最大。

色散管理掺铥光纤激光器高能量脉冲的产生

设计了一种基于色散管理的掺铥光纤激光器。通过调节泵浦功率以及腔内偏振态,首先实现了稳定的展宽脉冲输出,中心波长和脉冲宽度分别为1 939.4 nm和482 fs。最大输出功率为15 mW,对应的单脉冲能量为0.52 nJ。增加泵浦功率到645 mW时,通过适当调节偏振控制器可以实现类噪声脉冲锁模,中心波长为1 940.1 nm。所实现的锁模脉冲具有飞秒量级的尖峰以及皮秒量级的基底。最大输出功率为20.4 mW,相对应的单脉冲能量为0.7 nJ。相比于传统孤子,采用色散管理所实现的锁模脉冲具有更高的脉冲能量。此外,所设计的掺铥光纤激光器可作为理想的主振荡功率放大以及啁啾脉冲放大结构的种子源,进一步提高脉冲能量,拓展2 μm高能光纤激光器的实际应用。