熔锥型侧面泵浦耦合器的研究

 现在高功率光纤激光器和光纤放大器采用的双包层掺杂光纤,相对于从半导体泵浦激光器发射出的多模泵浦光束的大发散角,其内包层的直径很小,因此把泵浦光有效地耦合到双包层掺杂光纤的内包层是一个急需解决的难题。研制一种熔锥型侧面泵浦耦合器,可以大幅度提高泵浦光功率,实现增益光纤的多点泵浦,在双包层光纤放大器中使用良好,安全稳定,实现了较高的耦合效率,达到了70%,信号光通过率98%,信号输入与泵浦输入的隔离度大于50 dB,泵浦输入对输出端反向传输光的隔离度27 dB。通过对比结构紧凑性、耦合效率、系统稳定性等相关指标发现,熔锥型侧面泵浦耦合器完全可以满足高功率光纤激光器和光纤放大器的使用要求。     

掺铒光纤非线性耦合器的实验研究

提出一种耦合参量可用光调控的掺铒光纤非线性耦合器.用熔融拉锥法熔合两根掺铒光纤,拉制成工作波长为155nm的3dB掺铒光纤耦合器.通过调变输入耦合器一臂的980nm泵浦光功率,可以改变两臂的传播常量差,从而改变耦合器两臂信号光的相对输出功率.通过测量输入泵浦光功率和两臂信号光输出功率,得到直通臂耦合比依赖于泵浦光功率的实验曲线.实验研究表明,当泵浦光功率从0 mW变化至20 mW时,耦合比的变化可达到40％.与理论模拟的结果一致.     

300 W侧面分布式抽运掺Yb全光纤放大器

采用角度磨抛的方式, 在纤芯/包层为20/400 μm双包层掺Yb光纤上制作了侧面抽运耦合器. 该耦合器对975 nm的半导体二极管抽运光的耦合效率最高可达97%, 对1080 nm信号光的泄漏比小于2%. 分析了侧面抽运耦合器的性能以及多个侧面抽运耦合器的级联分布对抽运耦合效率的影响; 同时, 在前向抽运和双向抽运方式下, 分析了级联耦合器的分布及信号光泄漏比对激光器整体效率的影响, 并进行了数值模拟. 采用自行研制的侧面抽运耦合器, 搭建了侧面耦合分布式抽运、掺Yb双包层全光纤主振荡功率放大器, 获得了波长为1080 nm、功率为303 W 的基模激光输出. 进一步增加抽运点个数, 提高抽运功率, 可获得更高的输出功率.     

高功率千瓦级(N+1)×1光纤级联泵浦耦合器

分析了泵浦光纤不同锥区长度对(1+1)×1耦合器效率的影响,相同锥区长度不同泵浦臂数量对(1+1)×1耦合器与(2+1)×1耦合器效率的影响,结果表明泵浦光纤锥型区域越长,通过泵浦光纤进入信号光纤的泵浦光越多,泵浦耦合器的耦合效率越高和相同锥区长度下,泵浦臂数量越多,泵浦耦合器耦合效率越低.根据分析结果制作了(1+1)×1耦合器与(2+1)×1耦合器,通过两个(N+1)×1耦合器级联方式形成级联泵浦耦合器.测试了由两个(1+1)×1耦合器组成的级联泵浦耦合器,在总注入泵浦功率602W的情况下输出泵浦功率564W,级联泵浦耦合效率高达93.6%.由两个(2+1)×1耦合器组成的级联泵浦耦合器,在总注入泵浦功率1 210 W的情况下输出泵浦功率1 120 W,级联泵浦耦合效率高达92.5%,实现了千瓦级泵浦功率输出,且两种级联泵浦耦合器信号光损耗均小于0.4%.利用此方法将耦合器形成级联结构可有效提高光纤激光器系统泵浦输出能力,实现千瓦级高功率输出.     

多点侧面泵浦双包层光纤激光器的对称夹层结构

 利用基于亚波长衍射光栅理论的介质-金属-介质的对称夹层结构,对掺杂的双包层光纤进行多点泵浦，根据严格的电磁场衍射理论和光栅方程，分析了多点泵浦时，这种耦合结构的泵浦光泄露的问题，证明了多点泵浦时泵浦光的泄露率仅为15.52%，而对信号光则不存在泄露。这种对称夹层结构可以用于多个大功率激光二极管阵列的多点侧面泵浦双包层掺杂光纤中，以制作各种大功率(数kW级)稀土光纤激光器，其最大耦合效率可以达到80%以上。     

分布式抽运连续光纤激光器研究

为了避免高功率光纤激光器中光纤端面出现热效应问题,依据多点级联结构的耦合器,对分布式抽运的光纤激光器进行了研究。首先,介绍了实验室自主研制的级联耦合器。然后,分析了耦合器插入对光纤激光器的影响。最后,选用自制的耦合器搭建了分布式抽运的光纤激光器。实验结果表明:对耦合器插入损耗的研究,能够促进高功率级联耦合器的实现。在光纤激光器结构中,975 nm泵浦功率注入1.1 k W时,1 080nm激光功率输出为770 W,光-光转换效率为77%。在主控振荡功率放大结构中,激光功率输出为635 W,放大级的光-光转换效率为78%。分布式抽运方式可以使泵浦光多点注入,避免了热量的集中,能够获得千瓦级的激光功率输出。     

掺镱全光纤激光器研究

依据速率方程和边界条件,对高功率多点抽运全光纤激光器进行了研究.通过自制的级联侧面泵浦耦合器搭建全光纤激光器,级联耦合器的单点泵浦效率为96%,泵浦传输损耗为10%,信号光损耗分别是0.18dB和0.87dB;线性谐振腔结构中:前向抽运的光-光转换效率为69%,低于后向抽运中70%的光-光转换效率,与理论分析一致;双向泵浦方式中,在单臂输入975nm泵浦功率为110 W的条件下,激光功率输出为311 W,中心波长为1 080nm,光谱宽度为1.6nm,光-光转换效率为70%,光束质量约为1.3.激光器性能稳定,若增加单臂泵浦功率或级联泵浦耦合器个数,可获得更高功率的激光输出.     

用于光纤光栅解调的波长敏感光纤耦合器

为了拓宽光纤耦合器的使用范围,开发光纤耦合器的新功能,采用熔锥技术制作波长敏感耦合器,该耦合器在分光的同时对波长敏感。通过耦合理论验证实验结果,实验数据与理论值相符合。实验中得到波长灵敏度最大值为17.86%/nm的耦合器。采用拉锥工艺制作波长敏感耦合器工艺简单,耦合比峰值对应波长控制易于实现。该耦合器可用于光纤光栅布拉格波长漂移解调。令待解调光纤光栅布拉格波长与耦合器波长灵敏度最大值对应的波长一致,当波长发生漂移时,耦合器输出耦合比发生变化。自制的波长敏感耦合器实现了对布拉格波长为1566.71 nm光纤光栅波长漂移的解调,波长漂移1.80 nm,耦合比变化20.34%。此种解调方式具有光路简单,易于与光纤匹配的优点,可以应用在大型建筑中光纤光栅的健康监测。     

(1+1)型长距离侧面泵浦光纤实现17.4 kW激光输出

长距离侧面泵浦激光光纤在泵浦光注入、热管理、非线性抑制等方面具有天然优势,是实现高功率激光输出的有效途径。研制了（1+1）型长距离侧面泵浦激光光纤,采用1018 nm同带泵浦反向注入方式实现了17.4 kW激光输出,斜率效率为82.1%,3 dB线宽为1.3 nm,拉曼抑制比为37.8 dB。研究结果展示了长距离侧面泵浦光纤作为数十千瓦光纤激光放大器增益介质的巨大应用潜力。     

多维耦合器校正空间光-单模光纤耦合对准误差

根据高斯光束传输理论，分析了径向偏差、端面倾斜偏差和轴向偏差等对准误差对空间光-单模光纤(SMF)耦合效率的影响。数值计算和实验结果表明，当端面与径向之间的夹角Ω为90°和270°时，3种对准误差对耦合效率的影响相互独立，当夹角Ω=180°时，耦合效率有最大值。为更好地补偿对准误差对SMF耦合效率的影响，基于压电陶瓷设计了具有5自由度耦合装置的光纤耦合器，并结合变增益型随机并行梯度下降算法寻找空间光-SMF的最佳对准姿态。实验结果表明，5自由度光纤耦合器可以很好地实现不同对准误差的校正，系统闭环后SMF耦合效率达到53.2%。     

包层泵浦的铒镱共掺光纤激光高效产生的实验研究

利用尾纤输出的977nm高亮度多模半导体激光器包层泵浦铒镱共掺双包层光纤,采用非球面透镜组耦合方式,使泵浦耦合效率达66%以上,并在法布里-珀罗激光振荡腔结构中实现了高效的连续激光产生,双包层光纤长度为2m,在泵浦入纤功率为1.36W时,输出连续功率最大394mW,斜率效率达35%,激光输出波长1.565μm.     

100 μm core diameter monolithic fiber side-pumping coupler for 10 mJ 10 ns all-fiber laser

In this paper, we report a monolithic fiber side-pumping coupler that allows for very large mode area double clad fiber designs. This coupler is constituted of a multi-mode pump fiber and a double clad fiber (DCF). The pump power is coupled to the DCF through the side of DCF. The pump coupling peak power of 163.7 W @ 560 ??s with the coupling efficiency of 98.0% is achieved, and the signal coupling energy of 10 mJ @ 10 ns (??1 MW @ 10 ns) with the coupling efficiency of 96.3% is obtained, when the core diameter of the DCF is 100 ??m. Furthermore, this side-pumping coupler is successfully applied to a high peak power pulse all-fiber laser with the output energy of over 10 mJ @ 10 ns.     

Output Characteristics of High-Power Continuous Wave Raman Fiber Laser at 1239 nm Using Phosphosilicate Fiber

A high-power singlemode Raman fiber laser (RFL) with maximum output power of 4.11 W and maximum power conversion efficiency of 47.40% at 1239 nm is realized using continuous wave 8.4 W Yb-doped double-clad fiber laser as a pump, 700 m phosphosilicate fiber, and a Raman cavity formed by a pair of fiber Bragg grating mirrors at 1239 nm. The output characteristics of the RFL at 1239 nm for different fiber lengths and output mirror reflectance are reported. Theoretical simulation is done to numerically optimize for fiber length and output coupler reflectivity to obtain maximum first Stokes power.     

采用光纤消光法检测脉冲激光测距仪消光比的研究

阐述了光纤消光法检测脉冲激光测距仪消光比的测试原理,采用光纤消光法分析了光纤对大功率脉冲激光的耦合与传输等关键技术问题,提出了0．22NA、400μm大功率传能光纤方案,并设计了耦合器和光学系统,分析了聚焦透镜的损耗、光纤端面的损耗、光纤耦合器与光纤的对准误差等影响耦合效率的因素,计算了光学系统弥散斑数据,接收光学系统和发射光学系统在1ω视场的弥散斑分别为9．03μm和10．6μm。设计分析结果对光纤消光法的工程应用具有一定的研究价值。     

侧面抽运的掺Yb双包层光纤激光器

利用光纤角度磨抛侧面耦合新技术研究了侧面抽运的掺Yb双包层光纤激光器。实验上采取新的加工工艺获得了端面具有小锐角磨抛斜角的多模光纤,专门设计的高精密机械调整结构有效地将多模光纤的斜面和双包层光纤的侧面精确对准,通过不同的折射率匹配材料进行的研究,发现折射率匹配材料对于注入功率和抽运效率都有较大影响。实验中通过光纤角度侧面耦合器能够注入1．12W抽运光进入双包层光纤,侧面耦合效率最高可达80％。将该侧面耦合技术用于侧面抽运的掺Yb双包层光纤激光器,在单个尾纤输出的半导体激光器侧面抽运下得到光纤激光器的最大连续激光输出功率282mW,斜率效率为55．5％。实验结果表明,光纤角度磨抛耦合技术是掺Yb双包层光纤激光器的一种简单有效的侧面抽运方式。     

Theoretical analysis and heat dissipation of mid-infrared chalcogenide fiber Raman laser

Based on the structure of mid-infrared chalcogenide fiber Raman laser, the nonlinear coupled equations and heat dissipation equations are constructed. The effects of laser parameters including pump power, fiber length, reflectance of output coupler and fiber loss coefficient on laser performance are numerically analyzed. The results show that the Raman laser pumped at 2 μm can operate at high slope efficiency using the optimized structure parameters. In addition, the output laser power decreases dramatically with the increasing of fiber loss coefficient. Moreover, the temperature distributions along the fiber radial and axial directions and the maximum temperature versus launched pump power are calculated according to the heat dissipation equations. The results show that the maximum temperature in the fiber increases dramatically with the increasing launched pump power, which is above 300 °C for launched pump power of 21 W. The above obtained results can be used for theoretical guiding and optimizing design of practical chalcogenide fiber Raman laser.