一种高功率1018nm光纤激光器实验研究

针对小芯径双包层掺镱光纤实现高功率光纤激光器的输出方案展开了理论研究,分析了双包层掺镱光纤的必要性和可行性,着重研究了高功率光纤激光器的基本原理,并给出了光源及放大器部分系统设计方案。系统仿真实验证明,能够获得高功率的1018nm激光信号。

高功率1018nm连续掺镱光纤激光器

成功搭建了高功率1018 nm连续掺镱光纤激光器,通过合理地择增益光纤长度,有效地抑制了ASE。实验获得了300 W最高输出功率,斜率效率为81%。

880nm半导体激光器列阵及光纤耦合模块

为了使半导体激光泵浦Nd∶YVO4固体激光器能获得大功率、高光束质量、线偏振的激光输出,利用PICS3D软件设计了InGaAs/GaAs应变量子阱结构,制作了发射波长为880 nm的大功率半导体激光器列阵。该激光器列阵激射区单元宽为100μm,周期为200μm,填充因子为50%,激光器列阵CS封装模块室温连续输出功率达60.8 W,光谱半高全宽(FWHM)为2.4 nm。为进一步改善大功率半导体激光器列阵的光束质量,增加半导体激光端面泵浦功率密度,采用阶梯反射镜组对880 nm大功率半导体激光器列阵进行了光束整形,利用阶梯镜金属表面反射率受近红外波长变化影响小的特点,研制出高稳定性、大功率光纤耦合模块。模块输出功率为44.9 W,光-光耦合效率达73.8%,尾纤芯径Φ为400μm,数值孔径(NA)为0.22。

980nm半导体激光器双布拉格光纤光栅波长锁定器

提出了优化由两个均匀布拉格光纤光栅组成的980nm半导体激光器波长锁定器的方法以满足光纤放大器对半导体激光器的性能要求。运用耦合模理论推导了双布拉格光纤光栅(FBG)的透射率和反射率的解析表达式和波长锁定器增益方程。研究了两光栅之间的距离、光栅到激光器前端面的距离、光栅折射率、光栅折射率周期、光栅栅长和温度对激光器增益曲线的影响,并通过优化这些参数来达到最佳的锁模性能。测量了带双FBG波长锁定器的非致冷半导体激光器的输出光谱和出纤功率。实验结果表明:高功率非致冷980nm半导体激光器在0～70℃时的波长漂移为0.5nm,边模抑制比达45dB以上,半峰值全宽度<1nm。经优化设计的980nm半导体激光器FBG波长锁定器可满足光纤放大器对非致冷半导体激光器大功率、长寿命、高可靠性、小尺寸等性能的要求。

1565nm激光泵浦Tm^3＋：Ho^3＋共掺石英光纤激光器动态特性

利用1565nm激光作为Tm3+:Ho3+共掺石英光纤激光器的泵浦带是一项较新的研究内容,动态特性能够有效反映激光振荡机制建立过程中能级粒子数和激光功率的变化情况,为系统实验的优化提供理论依据。建立了该泵浦带下系统的理论模型,基于速率方程和功率传输方程,采用离散算法,在Matlab软件中设置泵浦功率为3W、光纤长度2.5m条件下,分别对Tm3+:Ho3+共掺石英光纤的输入端、中点处和输出端的动态变化特性进行理论研究。结果表明:不同位置处,光纤对泵浦功率的吸收程度不同;光纤中粒子数和激光功率的弛豫振荡开始和持续的时间表现出较大差异,信号光振荡峰值远大于达到稳态时的功率;系统的光-光转化效率达到56%。

980nm双包层光子晶体光纤激光器

采用内包层直径为200μm、纤芯直径40μm,长度45 cm的掺镱双包层光子晶体光纤作为增益介质,915 nm激光二极管(LD)泵浦源,实现了运转于准三能级系统的980 nm连续激光输出。双端输出时,总输出功率为463.3 mW,斜效率为17.8%;单端输出时,输出功率为543 mW,斜效率为11.6%。

海洋探测用480nm四波长光纤输出激光器

为解决双波长布里渊激光雷达进行海洋探测用的多波长激光光源的需求,采用四波混频周期极化铌酸锂激光谐振腔与分束光纤圈的理论与技术方法,建立四波混频过程的相位匹配条件与频率匹配条件方程,解决了四波混频频率与波矢的匹配问题,实现了四波混频的发生。具体包括:设计了S型整体光路,研制了信号光480nm四波混频周期极化铌酸锂激光谐振腔,由信号光480nm、闲频光1600nm、泵浦光Ⅰ600nm与泵浦光Ⅱ960nm进入信号光480nm四波混频周期极化铌酸锂激光谐振腔,实现了频率匹配与相位匹配,发生四波混频效应,产生信号光480nm输出,还分别设置分束光纤圈,分别将闲频光1600nm、泵浦光Ⅰ600nm与泵浦光Ⅱ960nm引出并输出,结果:输出了1600nm、600nm、960nm与480nm四波长光纤激光,结论:满足了海洋探测的需求。

1565nm激光泵浦Tm∶Ho共掺石英光纤激光器稳态特性

与800nm和1180nm泵浦带相比较,1565nm泵浦有效消弱了多能级快速非辐射跃迁以及能量上转换损耗。建立了1565nm激光泵浦Tm3+∶Ho3+共掺石英光纤产生2μm激光的理论模型,给出系统完整的速率方程和功率传输方程,采用数值模拟的方法对理想条件下系统稳态特性进行分析。结果表明,采用1565nm激光作为泵浦源,能够获得高效率的激光输出。在泵浦功率为3W、光纤长度2.2m时,输出功率高达1.7W、量子效率57%、斜效率67%。这是目前此类光纤获得的较好转换效率。

1465nm与732.5nm双波长光纤激光器的研究

为物联网用的光纤传感器的测试提供光源,介绍了一种准连续输出1465 nm与732.5 nm双波长光纤激光器,对于掺镨的激光光纤,研究分析了波长1465 nm光子能级的辐射跃迁,研究了使1040 nm激光衰减,而使1465 nm激光增益输出的关键技术,实验研究了输出镜的镀膜数据与激光谐振腔的形式,实验输出1465 nm激光33 W,基频为1465 nm激光,设置外腔倍频KTP,通过声光Q调制器调制,实验获得准连续输出732.5 nm激光2 W,取得了1465 nm与732.5 nm双波长输出。

1120nm窄线宽掺镱光纤激光器

为了获得窄线宽、高功率、长波长(相对于1030nm^1080nm)的1120nm光纤激光器,采用普通单模掺镱光纤和一对光纤布喇格光栅构建了该光纤激光器的谐振腔,为保证抽运光的完全吸收和避免非线性效应,对有源光纤的最佳长度进行了理论分析和实验验证。结果表明,激光器的阈值抽运功率为40m W、注入抽运功率为265m W时,激光器输出信号光功率35m W,光光转换效率为13.2%,激光器中心波长为1120.9nm,输出激光的谱线宽度为0.03nm。这种激光器的获得是因为采用了高反射率耦合输出光纤布喇格光栅、短谐振腔结构和低功率运转状态。该激光器可作为种子光注入光纤放大器。

低阈值的1053nm光纤激光器

采用国产激光二极管泵浦和国产掺镱(Yb)双包层光纤,研制了1053nm光纤激光器。谐振腔由光纤光栅和平面输出镜组成。通过3种不同实验方案的对比,实现了低阈值的光纤激光器,阈值泵浦功率1mW,并分析了激光光谱随光谱仪分辨率的变化,对正确选择分辨率提出了一些建议。

全光纤高功率1091nm MOPA激光器

搭建了一台基于双包层掺镱光纤的全光纤结构1 091 nm主振荡功率放大(MOPA)激光器。种子源为自行搭建的线形驻波腔掺镱光纤振荡器,最大输出功率为56 mW,放大的自发辐射(ASE)抑制比大于35dB。通过两级预放结构放大后,种子功率达到3 W。主放级为一个大模场双包层掺镱光纤放大器,最大输出功率达到41.6 W,斜率效率为75%。由于种子源利用窄带高反光纤光栅进行选频,输出光3 dB线宽小于0.1 nm。经过光谱仪测试,输出光中无明显的剩余抽运光成分,ASE抑制比大于22 dB。

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。

固体激光器泵浦输出波长在1428nm的单级拉曼光纤激光器

介绍了一种作为拉曼光纤放大器中的泵浦源使用的 1428nm 波长的拉曼单级频移光纤激光器,采用固体激光器产生的 1342nm 波长作为泵浦波长,得到 240mW 的 1428nm 输出,光-光转换效率在 28%左右。

915 nm半导体激光器的光纤耦合优化研究

为了提高半导体激光器光纤耦合系统精度,基于半导体激光器光纤耦合装置对波长为915 nm的激光进行耦合成为研究对象,对快慢轴准直部分进行了优化改进,将三支半导体激光器经耦合装置耦合进105μm(NA为0.22)多模光纤中,相较于主流的耦合装置,功率有所提高,可获得功率为2.59 W,亮度为11.2 MW/(cm^(2)·str),实现了耦合效率为86.3%。

976 nm类噪声锁模光纤激光器

输出波长为976 nm的脉冲激光器在科研及工业领域具有重要应用.利用非线性光纤环镜(nonlinear optical loop mirror, NOLM)搭建了“9”字型谐振腔,通过在环镜中加入长度为30 m的无源光纤,实现了类噪声脉冲(noise-like pulse, NLP)输出,丰富了976 nm波段的脉冲类型.脉冲的重复频率为4.79MHz,最大输出功率为13.35 mW,最大脉冲能量为2.79 nJ.进一步研究该NLP在不同泵浦功率的脉冲特性变化,结果表明,脉冲能量以及脉冲宽度均随着泵浦功率的增大而增大,但是其自相关曲线中的相干尖峰宽度随泵浦功率的增大而减小.该研究为976 nm类噪声脉冲的产生提供一种简单经济的方案,在超连续谱产生以及类噪声脉冲动力学研究方面具有潜在应用价值.

1532nm全光纤Er/Yb共掺杂激光器

近年来,相干探测激光雷达是测量远距离低空风切变的有效手段,1.6μm波段固体激光器以其人眼安全、探测器件成熟等优势成为相干雷达主要光源。其增益介质Er:YAG晶体在1532nm波段有较强的吸收峰,但吸收谱较窄,因此通过使用1532nm光纤激光器进行谐振泵浦可以有效提高晶体输出效率。为此,文中以Er/Yb双包层光纤为增益介质,1532nm光纤光栅为反射腔镜,976nm半导体激光器为泵浦源,实现了全光纤化1532nm激光输出。输出激光最大功率73.44 W,波长可调谐范围为1531.35~1532.14nm,波长谱宽为0.06 nm,x和y方向的光束质量M2分别为1.38和1.26,是1.6μm固体激光器的理想泵浦源。并采用此激光器泵浦Er:YAG非平面环形腔获得1.3W单频激光输出,斜率效率为31.76%。

用光纤光栅稳定980nm激光器波长的研究

文章通过将一根弱反馈的光纤光栅连接在无致冷的980nm泵浦激光器尾纤上，使激光器工作在相干失效状态下。大大改善了无致冷激光器的波长和功率的稳定性。文章根据实验结果分析了光纤光栅的主要参数对激光器输出功率和光谱的影响。通过对光纤光栅参数的优化，可以使无致冷980nm泵浦激光器在0—70℃下稳定工作。

980nm脊型波导激光器腔面非注入区的研究

报导了质子注入技术在提高980nm半导体激光器可靠性上的应用。p-GaAs材料经过质子注入后获得高的电阻率。在距离腔面25μm的区域内进行质子注入,由此形成腔面附近的电流非注入区。腔面附近非注入区减少了腔面载流子的注入,因此减少了非辐射复合的发生,提高了激光器的灾变性光学损伤(COD)阈值。应用质子注入形成腔面非注入区的管芯的平均COD阈值功率达到268mW,而应用常规工艺的管芯的平均COD阈值功率为178mW。同常规工艺相比,应用质子注入形成腔面非注入区技术使管芯的COD阈值功率提高了50％。

980nm半导体激光器可靠性的研究现状分析

本文介绍了提高980nm 半导体激光器可靠性的几种方案,并做了综台评述。进一步介绍了离子辅助镀膜技术在提高980nm激光器可靠性方面的应用。