光纖激光器中紅外差頻多波長激光產(chǎn)生

闡述了多芯光纖的優(yōu)點和結(jié)構(gòu),介紹了多芯光纖激光器達到大的輸出功率的機理和同相位模式的選模和耦合原理,最后介紹了近年多芯光纖激光器的研究進展。

中紅外調(diào)q脈沖光纖激光器在光電對抗、激光微創(chuàng)手術(shù)、工業(yè)加工和非線性波長變換等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景,已引起了國內(nèi)外研究者的高度關(guān)注。2012年開始,美國亞利桑那大學的zhu等報道了利用fe3+…znse晶體和石墨烯作為可飽和吸收體被動調(diào)q摻er3+zblan光纖激光器和被動調(diào)q摻ho3+zblan光纖激光器,所實現(xiàn)的最長波長為2.93μm,最高脈沖能量為2.0μj。近年來,我國在2μm波段脈

中紅外光纖激光光源在生物醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測、材料加工、國防等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景,近年來引起了國內(nèi)外科研工作者的極大興趣。2009年,日本京都大學tokita等采用高濃度摻鉺zblan光纖實現(xiàn)了目前3μm波段最高功率的24w激光輸出。2011年,加拿大拉瓦爾大學bernier等結(jié)合高濃度摻鉺zblan光纖和氟化物光纖光柵,實現(xiàn)了20.6w2.825μm的全光纖單模光纖激光輸出。然而,高摻雜鉺zblan光纖導(dǎo)致抽運吸收過高而大幅產(chǎn)熱,使激光系統(tǒng)需要引入額外特殊設(shè)計的冷卻裝置。

為了實現(xiàn)多波長激光輸出,提出了一種改進的多波長主動鎖模光纖環(huán)形激光器,采用集成級聯(lián)采樣光纖光柵進入激光腔形成穩(wěn)定的多種波長激光的方法,進行了理論分析和實驗驗證。結(jié)果表明,雙環(huán)形腔結(jié)構(gòu)對于所有波長激光,其腔長度是一致的,從而可以用相同的鎖模信號實現(xiàn)所有波長的同步鎖模。實驗中光纖環(huán)形激光器成功實現(xiàn)了以1.6nm為間隔的波長多達14個;它的輸出功率大于0dbm,邊模抑制比約30db,最高模式鎖模頻率為1.05ghz,輸出脈沖序列的脈寬是216ps。這一結(jié)果對光纖傳輸系統(tǒng)設(shè)計是有幫助的。

基于多模光纖(mmf)引入的偏振燒孔(phb)效應(yīng),研制了一種環(huán)形雙波長摻鉺光纖(edf)激光器。單模光纖(smf)-mmf-smf組成的結(jié)構(gòu)使mmf不同偏振方向的反射模在波長上分開,利用phb效應(yīng)實現(xiàn)雙波長的輸出,輸出波長間隔可通過改變mmf的長度改變。實驗對比了1.6m和3.0m長的mmf輸出波譜特性,結(jié)果表明,通過增加mmf的長度,不但可以使輸出波長的波長間隔變小,而且輸出功率也會有一定的提高。本文研制的激光器,通過phb效應(yīng)以及偏振相關(guān)隔離器(pdi)和偏振控制器(pc)的影響,在常溫下實現(xiàn)了消光比為55db、邊模抑制比為53db以及輸出功率為-2dbm的兩個連續(xù)波長的穩(wěn)定輸出。

本文介紹了一種新型的基于分布反饋光纖激光器(dfb-fl)的光纖水聽器系統(tǒng)。系統(tǒng)采用非平衡m-z光纖干涉儀的解調(diào)方法和相位補償?shù)牧悴顧z測方式。實驗結(jié)果表明,未封裝的dfb-fl對微弱的振動信號非常靈敏,并且能獲得準確的聲音信號。

光纖激光器的原理 光纖激光器原理 ? ?　　光纖激光器利用摻雜稀土元素的光纖研制成的光纖放大器給光波技術(shù) 領(lǐng)域帶來了革命性的變化。由于任何光放大器都可通過恰當?shù)姆答仚C制形成 激光器，因此光纖激光器可在光纖放大器的基礎(chǔ)上開發(fā)。目前開發(fā)研制的光 纖激光器主要采用摻稀土元素的光纖作為增益介質(zhì)。由于光纖激光器中光纖 纖芯很細，在泵浦光的作用下光纖內(nèi)極易形成高功率密度，造成激光工作物 質(zhì)的激光能級“粒子數(shù)反轉(zhuǎn)”。因此，當適當加進正反饋回路（構(gòu)成諧振腔） 便可形成激光振蕩。另外由于光纖基質(zhì)具有很寬的熒光譜，因此，光纖激光 器一般都可做成可調(diào)諧的，非常適合于wdm系統(tǒng)應(yīng)用。 ? ? ?　　和半導(dǎo)體激光器相比，光纖激光器的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在：光纖激光器 是波導(dǎo)式結(jié)構(gòu)，可容強泵浦，具有高增益、轉(zhuǎn)換效率高、閾值低、輸出光束 質(zhì)量好、線寬窄、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高等特性，易于實現(xiàn)和光纖的耦合。 ? ?　

對摻雜光纖作增益介質(zhì)的光纖激光器的研究始于20世紀60年代。而在20世紀80年代中期英國南安普頓大學摻餌(er3+)光纖的突破,使光纖激光器更具實用性,顯示出十分誘人的應(yīng)用前景。光纖激光器是當今光電子技術(shù)研究領(lǐng)域中最前沿的研究課題之一。

光纖激光器的夏季保養(yǎng) 激光器是將電能轉(zhuǎn)換為光能的裝置，內(nèi)部構(gòu)成涉及光、機、電、 算等多個學科和領(lǐng)域。光纖激光器相對其它類型激光器，對環(huán)境要求 較低，但也必須保證使用環(huán)境符合要求，自身的防護措施能切實起到 防護作用。 夏季溫度高、空氣濕度大，是激光器故障高發(fā)的季節(jié)。統(tǒng)計顯示， 高功率激光器故障，多與用戶的操作順序、設(shè)備運行環(huán)境相關(guān)，為防 止故障發(fā)生，減少故障時間及其帶來的損失，請注意如下三個方面。 一、保證機箱密封。 光纖激光器的機箱采用了封閉式設(shè)計，安裝有機箱空調(diào)或除濕器， 以保證機箱內(nèi)的各個元件處于相對穩(wěn)定安全的溫濕度環(huán)境下。 如果機箱沒有處于密閉狀態(tài)，則機箱外的高溫高濕的空氣就能進 入機箱內(nèi)部，在遇到內(nèi)部通水冷卻的元件時，則在其表面遇冷凝結(jié)， 造成可能的損害。 二、進行開機預(yù)熱。 激光器機箱不可能做到完全密閉，使用結(jié)束后斷電，機箱空調(diào)停 止運轉(zhuǎn)，外部的濕熱空氣可以逐漸滲

摻y(tǒng)b光纖激光器輸出功率的繼續(xù)增長會受到非線性效應(yīng)、光學損傷和熱損傷等因素的限制。文中報道了實現(xiàn)千瓦級功率輸出的包層泵浦摻y(tǒng)b光纖激光器。該激光器成功解決了以上限制因素,采用雙端泵浦技術(shù)和大模面積雙包層摻y(tǒng)b光纖,在1.08μm附近獲得了高功率連續(xù)激光輸出,輸出功率達1.2kw,光-光斜效率78.6%,達到目前國內(nèi)最高水平。

根據(jù)光纖激光器的特殊結(jié)構(gòu),提出了光纖激光器泵浦源的不同種類,并給出了選擇泵浦源的標準,以及其對應(yīng)的效率。

光纖激光器通用算法研究及軟件實現(xiàn)

以兩臺808nm半導(dǎo)體激光器ld1和ld2為泵浦源,對光纖激光器雙端泵浦進行了研究,獲得了6.5w的激光輸出。實驗分別測出了ld1和ld2半導(dǎo)體激光器單端泵浦和雙端泵浦時的輸出功率,對雙端泵浦輸出功率與單端泵浦功率之和進行了比較,利用雙端泵浦提高了泵浦效率和輸出激光功率。同時測量了輸出激光的偏振度,通過計算得到雙端泵浦輸出激光的偏振度為0.5。

本文對光纖激光器的現(xiàn)狀、發(fā)展和應(yīng)用進行了綜述。光纖激光器從摻雜稀土元素發(fā)展到摻雜過渡族金屬元素;摻雜方法從單純化學氣相沉積(chemicalvapordeposition,cvd)發(fā)展到氣相、液相、溶膠-凝膠(sol-gel)和改進的化學沉積(mcvd)等;光纖結(jié)構(gòu)從單包層、雙包層到今天的多芯雙包層光子晶體光纖;激光功率已經(jīng)到幾十千瓦,光子晶體光纖激光器的功率也已超過1.5kw。目前,它們廣泛應(yīng)用于造船、航天、機械、電器、汽車、化工等多個領(lǐng)域。新光纖技術(shù)的成功,必將推動多種產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

采用四級主振蕩功率放大(mopa)結(jié)構(gòu),研制了高功率全光纖摻鐿皮秒光纖激光器。種子源采用基于非線性偏振旋轉(zhuǎn)(npr)效應(yīng)的被動鎖模光纖激光器,中心波長為1062.8nm,重復(fù)頻率為17.51mhz,譜線寬度為5nm,平均功率為7.14mw。為了抑制功率放大過程中的非線性效應(yīng),通過全光纖重復(fù)頻率擴展器將種子脈沖激光的重復(fù)頻率提高到281.7mhz。主功率放大級以長度為4.8m的大模場面積摻鐿雙包層光纖作為增益介質(zhì)。在抽運功率為60w時,獲得的最大平均輸出功率為31.2w,光光轉(zhuǎn)換效率為52%。輸出激光脈沖的中心波長為1063.7nm,脈沖寬度為10.2ps,重復(fù)頻率為281.7mhz,譜線寬度為7nm,并對激光脈沖的時域和頻域特性進行了分析。

報道了一臺適用于分布式光纖傳感的全光纖激光器。激光器基于主振蕩功率放大(mopa)技術(shù),種子光源為半導(dǎo)體激光器,放大器為摻鉺光纖放大器。實現(xiàn)了重復(fù)頻率和脈沖寬度分別獨立可調(diào)的激光輸出,中心波長為1550nm,光譜的3db帶寬小于0.2nm,獲得的最高峰值功率為1.1kw,輸出的激光脈沖中放大自發(fā)輻射(ase)功率分數(shù)的最大值低于10%。

研制了一種基于保偏(pm)光纖可飽和吸收體結(jié)合光纖光柵fabry-perot(fbgf-p)標準具的單頻窄線寬光纖激光器。該激光器以高增益摻er3+光纖(edf)作為增益介質(zhì),采用行波環(huán)形腔消除空間燒空效應(yīng),并結(jié)合fbgf-p標準具選模,實現(xiàn)激光器單頻運轉(zhuǎn)。用一段pmedf作為可飽和吸收體抑制跳模,以獲得高效、穩(wěn)定的1550.65nm單頻激光輸出。在975nm單模泵浦激光抽運下,當抽運光功率為148mw時,獲得的最大信號光功率為46.3mw,相應(yīng)的光-光轉(zhuǎn)換效率為31.3%,斜率效率為32.6%,信噪比(snr)大于55db。使用40km單模光纖(smf)延遲線,根據(jù)延時自外差方法測量得到單頻激光器的3db光譜線寬約為2.5khz。

近年來,隨著高亮度半導(dǎo)體抽運源輸出功率的提高以及大模場面積雙包層摻銩光纖的出現(xiàn),連續(xù)摻銩光纖激光器輸出功率已經(jīng)達到了千瓦量級,已廣泛應(yīng)用于激光醫(yī)療等領(lǐng)域,然而在激光雷達、中紅外非線性頻率轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域,迫切需要窄線寬輸出的單頻摻銩光纖激光器。最近,本課題組研制出了全光纖主振蕩功率放大(mopa)結(jié)構(gòu)的平均輸出功率為210w的單頻、單偏振連續(xù)

根據(jù)zbaln光纖拉曼激光器的結(jié)構(gòu),理論分析了中紅外zblan光纖級聯(lián)拉曼激光器運行方式并建立了泵浦光和斯托克斯光的非線性耦合方程組?；谠摲匠探M,對用高功率摻銩光纖激光器泵浦zblan光纖產(chǎn)生拉曼頻移時泵浦光和斯托克斯光在光纖中的演化過程進行了仿真。為了提高激光器性能,對光纖長度、輸出耦合器反射率、泵浦功率等激光器參數(shù)及其對激光器性能的影響進行了數(shù)值分析。數(shù)值計算結(jié)果表明,用摻銩光纖激光器泵浦zblan光纖可以以較高的光光轉(zhuǎn)換效率產(chǎn)生更長波長的拉曼激光。不同的光纖長度和輸出耦合器反射率相互影響,并共同影響激光器的性能。根據(jù)以上分析,最終獲得了高性能的zblan光纖拉曼激光器的優(yōu)化參數(shù)。

采用非線性光纖環(huán)形鏡加脈沖鎖模技術(shù)及可調(diào)諧光纖光柵濾波器,對8字形腔被動鎖模摻鉺光纖激光器進行了波長可調(diào)諧輸出的實驗研究.在edfa抽運光功率一定的情況下,通過調(diào)節(jié)偏振控制器和可調(diào)諧光纖光柵濾波器,獲得了光譜穩(wěn)定、重復(fù)頻率1.1mhz、輸出功率起伏小于0.8dbm、中心波長在1548～1570nm內(nèi)連續(xù)可調(diào)的短脈沖輸出.該激光器可實現(xiàn)自啟動鎖模,且長時間穩(wěn)定工作無需任何調(diào)整.

因為器件性價比高、可復(fù)用、遠距離探測,抗電磁輻射等優(yōu)勢,基于內(nèi)腔光纖激光器的氣體光譜檢測方法受到了廣泛的關(guān)注。通過精心設(shè)計氣室和反射鏡,建立了內(nèi)腔光纖激光器氣體檢測系統(tǒng)。在鋸齒波電壓驅(qū)動下,f-p可調(diào)諧濾波器連續(xù)調(diào)諧,實現(xiàn)了波長掃描,可獲得多條氣體吸收譜線,一次掃描相當于多次測量,極大的提高了測量靈敏度。實驗結(jié)果表明,檢測誤差可控制在100ppm內(nèi),相對誤差小于實際氣體濃度的3%。

Liekki公司推出摻鐿光纖激光器光路模塊