光纤端面反射对高功率光纤放大器特性的影响

从光纤端面研抛工艺的技术特点出发,计算了端面倾角和反射率的关系,估算了斜面研抛后端面反射率的大小。在掺Yb3+双包层光纤放大器理论模型的基础上,数值模拟了常规研抛角度误差造成的端面反射率对放大器输出特性的影响。计算结果表明:端面反射导致系统内出现严重放大的自发辐射和自激现象,减小光纤两个端面的反射率是最有效的抑制方法,同时,增大入射信号激光功率也可以抑制自激,提高输出信号光功率和信噪比。

高功率光纤放大器中的受激布里渊散射

针对1～5ns短脉冲单纵模高功率放大器实验中观察到的受激布里渊现象，结合光纤放大器的速率方程以及受激布里渊散射瞬态特性的耦合振幅方程组进行了理论研究，采用时域有限差分的方法．对3ns、5ns两种脉冲进行模拟，讨论了短脉冲光纤放大器中受激布里渊散射的特性，结果表明：短脉冲的受激布里渊散射阈值远高于准连续脉冲的阈值，是高功率光纤放大器输出的主要限制因素，且光纤放大器中受激布里渊散射要比普通传输光纤增长要快，其强度跟脉冲脉宽和泵浦功率相关，实验结果与模拟结果吻合较好。最后提出了几种抑制高功率光纤放大器中受激布里渊散射的方法。

高功率光纤放大器中光纤端面处理分析

光纤端面进行斜面抛光一直是高功率光纤放大器中抑制ASE和自激振荡的关键技术。根据放大器结构建立了光纤端面信号光注入、信号激光输出以及泵浦光耦合的物理模型,数值模拟了不同光纤斜端面角度下信号光、泵浦光的耦合效率,纤芯端面的回波损耗。结果表明信号光注入端面斜面处理会导致耦合效率降低,输出端面斜角处理可有效减小端面反射率,而微小斜角对泵浦激光进入光纤内包层的耦合效率影响不大;根据不同的光纤参数选择合理的斜角处理可以有效提高放大器性能。

一种新型高功率光纤放大器

波分复用传输系统容量的扩大要求掺铒光纤放大器(ＥＤＦＡ)具有较高的输出光功率,然而较高的输出光功率会产生非线性效应,引起信号失真,优化高效ＥＤＦＡ参数的同时也增加了电路的非线性。针对这一问题,提出了一种新型的高功率掺饵/镱光纤放大器(ＥＹＤＦＡ),取得了较低的非线性与较高的输出功率。

高功率光纤放大器中模式不稳定阈值功率的理论研究

模式不稳定指高功率光纤激光随着输出功率提升发生的模式突变，会导致光束质量下降。基于模式耦合模型，对量子噪声、强度噪声等引起的高功率光纤激光模式不稳定出现的阈值功率进行了详细分析和计算。研究结果表明，采用级联抽运方案和部分掺杂方式可以使模式不稳定性出现的阈值功率提高2～5倍。增加初始注入信号光功率、抑制注入信号激光的强度噪声和高阶模成分也可以提高阈值功率。研究结果为高功率光纤激光系统的设计提供一定参考。

光纤长度优化的高功率铒镱共掺光纤放大器

为了研究不同增益光纤长度下1555nm高功率光纤放大器的输出功率,采用两级混合结构的方法,用掺铒光纤放大器和双包层铒镱共掺光纤放大器分别作为1级预放大器和2级主放大器。掺铒光纤放大器对信号光进行预放大,并提高放大器的信噪比;双包层铒镱共掺光纤放大器为主放大器,其双包层结构可以把更多的多模抽运光耦合进系统。对铒镱共掺光纤的最佳长度做了理论分析和实验验证,在信号光功率为10mW、掺铒光纤放大器的抽运功率为318.58mW、双包层铒镱共掺光纤放大器的抽运功率为11.71W、增益光纤长度为14m时,输出功率取得了2.11W的实验数据。在分析输出信号光谱时发现,L波段附近有放大自发辐射谱出现,这是选择的增益光纤过长导致的。结果表明,在光功率和信号光功率一定时,光纤放大器有一个最佳的光纤长度。这一结果对研究光纤放大器的高功率输出是有帮助的。

915nm泵浦混合掺铒/铒镱共掺双包层光纤放大器

研究了一种混合掺铒/铒镱共掺光纤放大器,用掺铒光纤放大器作为输入信号的预放大器,用铒镱共掺双包层光纤放大器作为主放大器。掺铒光纤放大器采用20m长掺铒光纤作为增益介质,采用最大输出功率318mW的单模半导体激光器二极管作为泵浦源,预放大器获得的最大输出功率是113mW。铒镱共掺光纤放大器采用14m长铒镱共掺双包层光纤作为增益介质,采用2个915nm多模半导体激光二极管作为泵浦源,在输入信号功率为10mW、信号波长1555nm时,混合光纤放大器获得了最大输出功率为32.04dBm,即1.6W,与此相应的混合光纤放大器的光-光转换效率为18.5%。

镱铒共掺光纤放大器真空下温度对增益的影响

理论分析了光纤放大器的增益与掺杂光纤发射截面和吸收截面的关系,真空环境下的光纤放大器的散热性能。实验表明,真空环境下,输入光信号为1550 nm的情况下,增益以0.0076 d B/℃变化,真空55℃工作5 min,散热措施能使镱铒共掺光纤温度从106℃下降至76℃,输出功率在波动小于10 m W。

掺杂分布对多模光纤放大器输出特性的影响

针对高功率多模光纤放大器中稀土离子掺杂分布和形状对系统输出特性的影响,本文进行了数学模拟和理论分析。根据多模掺杂光纤速率方程考虑了种子光端面激励特性,并对纤芯模式耦合系数矩阵进行了修正,建立了多模光纤放大器理论模型。通过对功率传输方程组的求解,数值模拟了不同激励条件下6种均匀和抛物线形掺杂的双包层掺Yb3+光纤接入放大器的输出特性。计算结果证明:不同激励条件下,掺杂离子分布对输出特性的影响存在差异;通过设计光纤内掺杂离子分布规律和形状能有效抑制放大器中的高阶模式,提高输出光的光束质量。

530 W全光纤结构连续掺铥光纤激光器

采用改进的化学气相沉积工艺结合溶液掺杂法制备了掺Tm^3+石英光纤预制棒,并拉制成纤芯/包层尺寸约为25/400μm的双包层掺Tm^3+光纤,通过电子探针显微分析测得其中Tm2O3和Al2O3的浓度分别为2.6 wt%和1.01 wt%,在793 nm处测得的包层吸收为3 dB/m.基于上述大模场掺Tm^3+光纤,搭建了一个高功率全光纤主振荡功率放大结构的掺Tm^3+光纤激光器,窄线宽掺Tm^3+种子源经过一级放大后,最高输出功率达到530 W,对应的斜率效率为50%,输出激光的中心波长为1980.89 nm.实验中没有观察到明显的放大自发辐射和非线性效应,输出功率仅受限于抽运功率.该结果为目前国内2μm波段全光纤结构激光器实现的最高输出功率,验证了国产掺Tm^3+石英光纤在高功率系统中的可靠性.

大模场光子晶体光纤研究进展

大模场光子晶体光纤具有无截止单模运转和大模场面积特性,可以克服由激光功率密度过高引起的非线性效应对高功率系统尤其是超快脉冲系统的限制。近年来它在高功率光纤激光器、高功率光纤放大器、高功率能量传输以及高灵敏度传感器等领域引起广泛关注。回顾了大模场光子晶体光纤的研究历程,从大模场光子晶体光纤的特征参数、结构设计方法和应用热点等方面总结了大模场光子晶体光纤的研究现状,最后对其发展前景进行了展望。

基于自研25μm/400μm有源光纤实现0.25 nm,4.23 kW全光纤单模激光

高功率窄线宽全光纤激光器具有GHz量级的光谱线宽和近衍射极限的光束质量,能通过大规模阵列组束实现激光光谱合成或相干合成,进而获得高亮度激光光源。窄线宽全光纤激光器功率提升的主要限制因素是高功率光纤放大器中的非线性效应[受激布里渊散射(SBS)和受激拉曼散射(SRS)等]和热致模式不稳定(TMI)效应。在数十GHz量级的光谱线宽下,有效提升非线性效应阈值(特别是SBS阈值)和TMI阈值是现阶段的研究重点。