脉冲泵浦的掺镱光纤放大器中放大自发辐射动态变化模拟

在低重复率、高能量脉冲的应用场合,光纤放大器中采用脉冲泵浦的方式具有重要意义.本文模拟了脉冲泵浦方式下掺镱双包层增益光纤中放大自发辐射功率的动态变化,为优化脉冲泵浦方式提供了参考.通过有限元分析方法求解光纤中镱离子的速率方程和各光场的功率传输方程,模拟了正向泵浦条件下,泵浦脉冲开始后0~740μs时间内光纤内部正向、反向放大自发辐射功率分布情况的动态变化以及光纤两端放大自发辐射输出功率随泵浦时间的变化.模拟结果发现了光纤两端正向、反向放大自发辐射功率增长速度的差异之处,以及光纤内部两种放大自发辐射功率分布动态演变的一些特征.

高功率掺镱双包层光纤放大器放大特性理论模拟

运用掺镱双包层光纤放大器的理论模型,分析了连续和脉冲光放大时放大自发辐射(ASE)的计算方法。采用Runge-Kutta方法求解了考虑ASE稳态时掺镱双包层光纤放大器的放大特性,采用有限差分法求解了矩形、高斯和超高斯脉冲的放大特性。结果表明:用3 m长的双包层光纤、10 W的泵浦功率可以将脉宽3 ns、峰值功率为1 W的脉冲信号光峰值功率放大到15 kW左右;在饱和增益情况下,脉冲的波形变尖,宽度变窄;采用短的大模场双包层光纤和后向泵浦方式可以有效地降低ASE,并避免有害非线性效应。

放大自发辐射辅助泵浦的L波段扩展掺铒光纤放大器

近年来,L波段扩展的掺铒光纤放大器(LE-EDFA)由于能增加光纤传输带宽而成为研究热点,但该放大器所需增益光纤较长,普遍存在泵浦转换效率低、增益水平不高等问题。将反向放大自发辐射(ASE)辅助泵浦技术应用于LE-EDFA增益提升研究,发现反向ASE在泵浦功率较低或铒镱共掺光纤(EYDF)较长的情况下,可以大幅度提高LE-EDFA的增益水平,提高量可达5.1 dB~16.7 dB。采用反向ASE辅助泵浦结合预放大技术,在550 mW的较低总泵浦功率情况下,实现了1570~1610 nm范围内高于20 dB的增益、低于6 dB的噪声系数,并且1620 nm处的增益尚达13.7 dB。与其他已报道LE-EDFA相比,反向ASE辅助泵浦的LE-EDFA在较低的泵浦功率情况下实现了等同的增益水平,具有泵浦转换效率高、制备成本低等优势,有望广泛应用于高容量光纤传输系统。

L波段掺铒光纤放大器的自发辐射谱与增益的研究

利用Giles模型对L波段掺铒光纤放大器小信号增益特性进行了数值模拟 ,模拟结果表明最佳铒纤长度并不是一定值 ,它随输入信号波长的不同而改变 ,较短的波长对应较短的光纤长度 ;在数值模拟、分析的基础上 ,分别采用 7m和 9m的L波段铒光纤构成长波段掺铒光纤放大器 ,通过实验测量 ,分析比较了它们的自发辐射谱以及增益和噪声指数 ,得到了光纤长度对L波段增益谱、噪声指数和自发辐射谱的影响规律 ;最后 ,辅以C波段掺铒光纤放大器加以分析 ,指出了适合于放大L波段信号的最佳自发辐射谱型。

主动调Q掺镱光纤激光器中放大自发辐射影响的研究

实验研究了主动调Q掺镱光纤激光器(YDFL)中放大自发辐射(ASE)对调Q脉冲形成和演化的影响。结果表明,尾纤型声光调制器(AOM)打开过快和掺镜光纤(YDF)增益瞬态特性间的综合相互作用结果,使得注入至腔内的初始宽带ASE形成功率波动,并在腔内循环放大,导致输出脉冲呈多峰结构;而注入的宽带ASE因功率过高会导致YDF的增益自饱和效应,制约高增益的获取,使激光器难以获得调Q激光脉冲,输出脉冲主要为调Q的ASE脉冲;通过引入光纤布拉格光栅(FBG),可以有效抑制YDF中因ASE产生的增益饱和效应,YDF工作在高增益状态,有利于获得低阈值、窄脉宽和高峰值功率的调Q激光脉冲。引入FBG后,在160 mW抽运时,实验测得的调Q激光脉冲峰值功率和脉宽分别为40.7 W和30 ns。

掺镱单模石英光纤中放大的自发辐射

描述了掺镱单模石英光纤中正向和反向放大的自发辐射 (ASE)的差异以及ASE谱轮廓随抽运功率、激活光纤长度和抽运波长等量的变化 ,这些结果对于掺镱光纤激光器、放大器的设计有重要的指导意义。

基于光纤环形镜的C+L波段高平坦高功率掺铒光源

研究并设计了一种用3 dB宽带耦合器制作的光纤环形镜作为反射镜的双级双程单管抽运高平坦度高功率C+L波段ASE光源。用2个980 nm激光二极管调试两级抽运光功率的分配,两级采用掺铒浓度不同的光纤并优化光纤长度,获得了功率高达15.28 mW(11.84 dB/m)的C+L波段ASE光输出,平均波长为1 559.31 nm,在未采用任何外加滤波器的情况下,其平坦区域3 dB带宽66.72 nm(从1 533.12 nm至1 599.84 nm)。之后采用一个激光二极管实现两级双向同时抽运得到了同样的效果。通过光纤环形镜的使用,不仅提高了抽运源利用效率,且改善了光源的平坦度,在实验过程中,在平坦度相度相对要差一些的条件下,还通过调整两级抽运光的功率及分配比例得到了功率达到30.11 mW的C+L 波段ASE输出。

一种简单而性能优良的C+L波段掺铒宽带光源

报道了一种结构简单、工作在C+L波段的掺铒宽带光源。实验中用3 dB宽带耦合器作为光纤反射镜,同时利用功率控制电路使光源输出光稳定,先用两个980 nm二极管作为抽运源,将后向的C波段ASE重新引回光纤中,提高了抽运源的利用效率和光纤输出光的稳定性,优化掺铒光纤长度,获得了功率高达26.67 mW(14.26 dBm)的C+L波段ASE光输出,平均波长1550.887 nm。之后采用一个二极管实现双抽运得到了同样的结果。

1150nm掺镱光纤激光器输出特性实验研究

以光纤光栅对为激光腔、双包层掺镱光纤为增益介质、976nm半导体激光器为泵浦源,研制全光纤化的1 150nm波段长波光纤激光振荡器.在室温下实现了最大平均输出功率为12.7 W的1 150nm波段单模光纤激光输出,激光振荡器的光光转换效率为42.33%.最大功率输出时,激光中心波长为1 150.48nm,光谱的3dB线宽为0.45nm,边模抑制比达38dB.该研究对研制1 150nm波段高功率光纤激光振荡器具有一定的参考价值.

高功率脉冲Er-Yb共掺光纤放大器中放大自发辐射的抑制方法

为了研究放大的自发辐射(ASE)对高功率脉冲Er-Yb共掺光纤放大器(EYDFA)的影响,采用数值模拟对EYDFA中不同参数信号的放大进行了研究。结果表明,Yb波段(1.0～1.1μm)ASE是制约放大器输出功率提升的主要因素。因此,有效地抑制Yb波段ASE将有助于放大器性能的提高。通过进一步研究发现,在放大器的抽运端引入一个Yb波段的辅助信号能有效地抑制Yb波段ASE,从而提高抽运转换效率,提升放大器的输出功率。

1137nm长波掺镱光纤激光器的出光实验

分别使用976nm半导体激光器和1040nm光纤激光器作为泵浦源,实现了1137nm长波光纤激光器的出光,输出功率均超过百mW。激光器采用相同的线性腔结构,高反光栅和低反光栅的反射率分别为99.6%和39.7%,增益介质是一段8m长的掺镱光纤,纤芯直径5μm。当976nm半导体泵浦功率为912mW时,1137nm激光输出功率为182mW,对应的斜率效率为28.5%;当1040nm激光功率为1.59 W时,输出的1137nm激光功率为278mW,斜率效率约为25%。在此基础上对两种泵浦方式进行了对比分析。

一种简单的高功率L波段超荧光光源

采用双程前向结构,在一根高浓度掺铒光纤中实现了功率高达13.13mW(11.18dBm)、平均波长为1578.53nm的L波段高功率超荧光输出,在1570nm^1620nm间的功率高于9.38mW。可满足分布式光纤光栅传感、DWDM等由C波段向L波段扩展的带宽及功率需求,同时与C波段光匹配后,可得到功率高于20mW的C+L波段宽带高功率光输出。其中采用普通耦合器制作的光纤圈反射器,将后向的C波段ASE重新引回光纤中,提高了抽运源的利用效率和光纤输出光的稳定性,同时分析了光源的输出功率、平均波长、稳定性等随光纤长度、抽运功率的变化特征,对于光源的应用设计提供参考。

高功率掺镱光纤超荧光源的研究进展

高功率掺镱光纤超荧光源是一种兼具荧光及激光特性的高亮度光纤光源,近年来发展十分迅速.其输出波长和光谱线宽可以在1μm波段灵活调制,连续输出的平均功率和脉冲输出的峰值功率均可达到kW量级,光束质量不逊于常规高功率激光器,在激光材料加工、高功率光谱合束等领域有着巨大的应用潜力.主要综述了高功率掺镱光纤超荧光源的发展历史、最新研究进展,最后介绍了本课题组在高功率掺镱光纤超荧光源所做的研究工作.

新颖的高功率L-波段掺铒光纤超荧光光源

研究了L-波段超荧光在光纤中的产生机理,设计了一种带光纤圈反射器的双级双程前向输出L-波段光源结构,通过对两级采用掺铒浓度不同的光纤并优化其长度及两级泵浦光功率,实验中获得了功率高达19.86mW(12.98dBm)、中心波长为1577.421nm的L-波段(1555-1620nm)超荧光光源。实现了低浓度掺铒光纤起诱导光及改善光谱的作用,高浓度光纤为主要发光源,采用光纤圈反射器提高了泵浦光的利用效率、光源的平坦度及稳定性。同时分析了结构中各个参量对光源各方面性能的影响,对光源的设计具有指导意义。

高性能低成本的C+L波段掺铒光纤光源

为了得到一种高性能的C＋L波段的宽带掺铒光纤光源，用一个980nto和一个1480nm激光二极管作为抽运源，用两个3dB宽带耦合器作为光纤反射镜，同时利用功率控制电路让光源输出光稳定，对设计的光源进行了实验和理论验证，获得了功率为168．67row（22．27dBm）、带宽达到80．701nm（1525．112nm～1605．813nm）的C＋L波段宽带光源。结果表明，开始用两个980nm和一个1480nm二极管作为抽运源，之后改为一个980nm和一个1480nm二极管作为抽运源，并没有减少光源的输出功率，也没有改变稳定性。这一结果对减少光源的成本、提高光光转换效率，具有实际价值。

一种高效率的L波段掺铒光纤ASE宽带光源

利用双程双向泵浦单级掺铒光纤的结构实现高效率的L波段掺铒光纤放大自发辐射输出，同时选择1480nm半导体激光器作为泵浦源，高掺杂铒光纤为增益介质，通过优化铒光纤长度，获得了在1566～1604nm（38nm），自发辐射谱功率高于-16dBm，总输出功率13．7dBm的L波段掺铒光纤放大自发辐射光源。该光源结构相比于双程前向泵浦结构的L波段掺铒光纤放大自发辐射光源，其泵浦效率从11．8％提高到23．4％。

双后向结构的线宽拓展L波段超荧光光源

报道了采用两级级联双后向抽运的光源结构,实现高效率和线宽拓展的L波段掺铒光纤超荧光光源.通过数值模拟,研究了两级光纤长度分配和抽运功率比例对光源输出特性的影响.模拟表明,该结构可获得线宽拓展的平坦L波段光谱,相比常规L波段光谱线宽拓展了15 nm,达近60 nm.此外,抽运功率比例为1∶1时该结构的抽运转换效率最高.利用980 nm半导体激光器作抽运源,在抽动总功率206 mW时,实验上获得了输出功率62 mW,线宽56.6 nm的L波段光谱,抽运转换效率为30.1%.

一种双抽运结构C+L波段掺铒光纤宽带光源

介绍了一种结构简单、工作在C+L波段掺铒宽带光源。实验中用3dB宽带耦合器作为光纤反射镜,同时利用功率控制电路让光源输出光稳定,先用两个980nm二极管作为抽运源,将后向的C波段ASE重新引回光纤中,提高了抽运源的利用效率和光纤输出光的稳定性,优化掺铒光纤长度,获得了功率高达26.67mW(14.26dBm)的C+L波段ASE光输出,平均波长1550.887nm。之后采用一个980nm和一个1480nm的激光二极管,在输出相对平坦的情况下,得到了最高功率为23.23mW(13.66dBm),平均波长为1556.46nm的C+L波段ASE光输出,光纤环形镜的使用,不仅改善了光源的平坦度,并且大大提高了光光转化效率。

L波段EDFA特性研究及优化设计

基于Giles模型对C-EDFA放大的自发辐射谱进行了研究,得出了铒纤增益随长度增加向长波段位移的结论。分析了L-EDFA和C-EDFA中各光束的传输特性,为L-EDFA低泵浦转换效率提供了合理的解释,并研究了L-EDFA本征平坦增益特性,确定了形成平坦增益的最佳粒子数反转条件(-40%)。最后利用EDFA前端加入一个光纤环行镜反射后向ASE光这种新颖的结构,较好地解决了L-EDFA泵浦效率低的问题,相比于传统的链路结构泵浦转换效率提高了8.76%。

单模铒镱共掺放大器自发放大辐射特性的研究

放大自发辐射（ASE）是限制铒镱共掺光纤激光器和放大器功率提升的重要因素。通过数值计算，对单模铒镱共掺光纤放大器中的ASE进行仿真，重点模拟了光纤参数对ASE的影响，并进行提升输出功率方法的分析。通过改变抽运方式、抽运光波长、光纤放大器长度和掺杂离子的浓度等相关参数研究了ASE的影响因素。研究结果表明，反向镱离子波段ASE是影响信号光功率输出的主要因素，前向铒离子波段ASE则主要影响输出光的光谱特性。光纤参数的优选可以有效地抑制镱离子波段和铒离子波段的ASE，在保证光谱质量的同时提升信号光输出功率。