基于法布里-珀罗调谐滤波器的傅里叶域锁模扫频激光光源

报道了一个光纤型1300 nm波段的傅里叶域锁模(Fourier domain mode locking, FDML)扫频激光光源, 用于扫频光学相干层析成像技术 (optical coherence tomography, OCT) 成像. 本实验扫频激光光源采用包含增益介质、调谐滤波器和延迟线组成的长腔激光谐振腔以及光功率增强单元. FDML扫频激光光源具有快速和高度稳定运转模式, 相位稳定性好. 基于法布里-珀罗调谐滤波器(fiber Fabry-Perot tunable filter, FFP-TF)的FDML扫频激光光源扫频范围为130 nm, 半高全宽为70 nm, 输出平均功率是11 mW. 与基于FFP-TF的短腔的扫频光源做了对比研究, FDML扫频光源速度从短腔的8 kHz提高到了48.12 kHz, 对应生物组织OCT成像轴向分辨率为7.8 μm, 比短腔的减小了1.9 μm. 关键词： 光学相干层析技术 扫频激光光源 傅里叶域锁模 法布里-珀罗调谐滤波器     

傅里叶域锁模光电振荡器的锁模匹配精度研究

为研究傅里叶域锁模光电振荡器(FDML OEO)的锁模匹配精度,首先通过分析FDML OEO在滤波器调谐周期与环路延迟时间整倍数存在误差时的起振过程,研究建立FDML OEO开环增益、可调滤波器半波带宽、扫频输出带宽与傅里叶域锁模匹配精度之间的关系;随后选取FDML OEO的输出线性扫频信号延时自外差拍频信号的相位噪声作为振荡器输出信号质量的评价参数。通过实验验证FDML OEO中可调谐滤波器半波带宽、系统开环增益与傅里叶域锁模匹配精度之间的关系;实验分析了傅里叶域匹配精度对FDML OEO输出射频信号带宽的影响。实验结果与理论相一致,结果表明：可调谐滤波器的半波带宽越大,开环增益越大,傅里叶域锁模的匹配精度要求越低;傅里叶域锁模输出频率范围越大,对傅里叶域锁模的匹配精度要求越高;失谐情况越严重,FDML OEO可实现的最大扫频范围将越小。该研究结果为宽带、低相噪FDML OEO的发展提供了重要的技术理论参考。     

扭转模结构双腔双频Nd∶YAG激光器

为了产生频差可调谐1 064nm双频激光输出,设计了一种扭转模结构双腔双频Nd∶YAG激光器,其两个驻波谐振腔共用相同的Nd∶YAG增益介质,以扭转模结构消弱增益空间烧孔效应,使Nd∶YAG激光器的两个驻波腔均以单纵模振荡,从而获得正交线偏振1 064nm双频激光输出.理论分析了扭转模结构激光单纵模选择原理和双频激光同时振荡原理,实验研究了双频激光振荡特性和频差调谐特性.研究结果表明:双频Nd∶YAG激光器的两个谐振腔能够同时以线偏振单纵模稳定振荡输出,其频差大小可随激光腔长的改变而调谐,频差调谐范围可达1个纵模间隔,实验观察到的频差调谐范围为0.3GHz~3GHz.     

100nm宽光谱可调谐掺饵光纤激光器

采用1480 nm大功率激光二极管双向抽运,新型铋基掺饵光纤做增益介质,基于旋转法布里-珀罗腔的可调谐滤波器和带通滤波器做选频装置的宽光谱环形腔可调谐光纤激光器,可实现100 nm（1523~1623 nm）激光波长程控连续可调谐输出,激光输出功率大于1.58 mW,3 dB带宽小于0.1 nm,波长重复性准确度小于0.01 nm.     

宽带可调谐单频窄线宽光纤激光器

设计出一种集可调谐带通滤波器、高精度环形滤波器和光纤环形镜于一体的全光纤复合腔结构可调谐单频窄线宽光纤激光器。采用980 nm半导体激光器作为抽运源,掺镱光纤在谐振腔内分别作为增益介质和可饱和吸收体,成功实现波长为1030～1090 nm稳定的宽谱可调谐单频窄线宽激光输出。当抽运光的抽运功率为300 mW时,在波长为1070 nm处得到的输出功率最大,为18.5 mW,斜率效率达到7.95%,持续1 h内没有出现跳模现象,功率不稳定性小于1%;当抽运功率为200 mW时,利用延迟自外差法测量线宽,得到波长调谐范围内的平均线宽为8.7 kHz,弛豫振荡频率为64 kHz。     

国外光学与光电子学的新进展(Ⅶ)——可调谐激光器:固体化发展趋势

<正> 80年代,可调谐激光器增益介质的发展趋向于从液体转向固体材料。染料激光器作为实用化的可调谐激光光源在70年代得到了广泛的应用,然而它的霸主地位却由于80年代末期几种固体可用调谐激光器的出现而受到削弱。本文概述导致目前各种实用化可调谐系统并存状况的各种研究发展工作所涉及的增益介质有染料、顺磁离子以及色心介质。     

基于DFB型半导体激光器的腔增强吸收光谱研究

介绍了用DFB型可调谐半导体激光器做光源的腔增强吸收光谱(TDL-CEAS)技术.简要介绍了腔增强吸收光谱的发展和实验设计,从法布里-珀罗腔的角度解释了腔增强吸收光谱的有效吸收路径,阐述了腔增强吸收光谱具有高灵敏度的主要原因是腔内介质能够获得很长的吸收光程;用中心波长为1.573μm的DFB型可调谐近红外半导体激光器做光源,用两块高反射率平凹透镜(1.573μm附近,反射率约99.4%,凹面曲率半径为1 m)组成的光学谐振腔做吸收池,采用同时扫描激光和谐振腔的方法,在34 cm长的吸收池内测得了CO2分子在1.573μm附近的弱吸收谱线,探测灵敏度达1.66×10-5cm-1.实验结果表明,腔增强吸收光谱具有灵敏度高、分辨率高、实验装置简单、易于操作等优点.     

声光可调谐环形腔掺铒光纤激光器

应用单级偏振无关的准共线型声光可调谐滤波器为调谐元件,实现了环形腔掺铒光纤激光器的连续可调谐激光输出.简要阐述了与偏振无关的准共线型声光可调谐滤波器的工作原理,对其频移补偿原理进行了分析.实验研究得到:当抽运功率为13mW时,中心波长为1550nm的激光输出功率为322μW,阈值抽运功率在7.65mW左右,斜率效率约为6.02%;并获得了38nm带宽(1524.7—1562.4nm)的连续可调谐激光输出.     

500 kHz高速扫频光源的研制

基于半导体光放大器和高速光纤法布里-珀罗滤波器,搭建了一个用于产生高速扫频激光的短环形腔。滤波器从长波到短波扫描时,关闭半导体光放大器的偏置电流,可以获得50%占空比的扫频激光。借助交织器,可以获得占空比为100%的扫频激光。再利用二级半导体光放大器,可以进一步提高扫频激光的输出功率。经测试,本扫频激光的扫描频率为500 kHz,中心波长为1550 nm,扫描范围达到67 nm,有效相干长度为6.5 mm,平均输出功率大于20 mW。     

谐振腔侧边1×5介质柱调谐光子晶体滤波器

在正方格二维光子晶体结构中设计了基于可调谐谐振腔的带通滤波器,通过改变1×5谐振腔侧边调谐介质柱位置调节谐振腔与波导系统工作时传输的波段,用CMT理论分析了输入端耦合衰减率及输入端失谐因子对滤波器的影响。借助FDTD方法得到了滤波器波长传输谱,结果表明:当滤波器结构工作于1320~1810 nm波长段时,输出端38个通帯的-3 dB带宽Δλ范围为4.18~11.15 nm,通带峰值波长可调宽度为186.56 nm。该微型滤波器适于光电通信粗波分解复用WDDM系统设计和光集成设计等方面。     

半导体激光器抽运新型高效、调谐Yb:LYSO激光器

报道了以掺Yb介质硅酸镥钇晶体为增益介质的激光行为.在自由运转的条件下,在1086 nm的中心波长处用2.5%的输出耦合镜得到7.8 W的连续激光输出,相应的斜效率为64%.利用SF14棱镜作为腔内调谐元件,激光输出的调谐范围为1014～1091 nm.     

XeF(C-A)蓝绿激光线宽压缩技术

利用表面放电光泵浦XeF(C-A)蓝绿激光器开展了激光线宽压缩技术研究,分别采用谐振腔腔镜谱带重叠法和光栅谐振腔法实现了线宽小于10 nm的窄线宽激光输出。采用谐振腔腔镜谱带重叠法,激光输出线宽约7 nm,采用光栅谐振腔法可以将激光线宽压缩到约1 nm,并实现XeF(C-A)激光的可调谐输出,调谐范围为470~495 nm。     

温控共振频率可调谐窄带F-P干涉滤波器

报道了一种由温度控制,共振频率可调谐的窄带F-P干涉滤波器.该F-P干涉滤波器的自由光谱区为13.6 GHz,透射带宽(透射峰半高处线宽)约为541 MHz.通过控制其温度变化,改变F-P干涉滤波器两端面间距,可使共振透过F-P干涉滤波器的激光频率连续调谐.实验测得当激光频率与F-P干涉滤波器共振时,透射率可达82%,同时与共振频率相差2 GHz～10 GHz的激光可被该F-P干涉滤波器反射掉,反射率达99.3%-99.7%.当控制温度波动小于4-0.005℃时,透射过F-P干涉滤波器的激光功率波动小于2.5%.     

LD抽运被动调Q固体激光器的脉冲稳定性

报道了二极管激光抽运Cr,Nd∶YAG被动调Q Nd∶YVO4 1064 nm激光输出.为了提高被动调Q激光的输出稳定性,谐振腔采用长腔,增益介质位于谐振腔中间位置.实验中获得了稳定的被动调Q激光输出.在最高入射抽运功率为17.5 W时,脉冲重复频率达到71.3 kHz,脉冲宽度为0.4 μs.调Q脉冲幅度不稳定性低于±10%,脉冲时间波动性低于±3.5%.     

影响扫频激光光源瞬时线宽因素的研究

在搭建的窄瞬时线宽的扫频激光光源的基础上,通过实验和数值模型对影响激光瞬时线宽的主要因素进行了研究。研究结果发现,扫频激光的瞬时线宽会随着色散的增加而变宽,滤波器的带宽和加载给滤波器的信号都会影响瞬时线宽,同时腔内的模式竞争能够保证更窄的激光瞬时线宽。     

用于二聚物三能级蒸气激光系统的环形谐振腔设计

针对二聚物三能级蒸气激光系统增益相对于泵浦光方向显著的不对称特性,本文设计了一种稳定的能够充分利用介质增益特性的环形谐振腔,给出了象散和慧差补偿及泵浦激光与谐振腔匹配的条件。文中还给出了Na_2B~1Ⅱ_u-X~1∑_g~+跃迁激光谐振腔设计数据。     

基于光纤三波长激光自混合干涉的绝对距离测量系统

研究了一种基于光纤三波长激光自混合干涉的绝对距离测量系统.系统中的光纤激光器包含三个独立的激光谐振腔,每个激光谐振腔都有作为增益介质的掺铒光纤,三个激光谐振腔利用光纤光栅作为反射镜及波长选择元件,光纤激光器能同时发出无模竞争的频率和功率都稳定的三波长激光.利用三波长激光的自混合干涉,以及干涉信号的相位小数重合方法,实现绝对距离测量.为实现绝对距离测量,三个波长中两相邻波长间距应为相等.实验中,两相邻波长间距约为10nm.系统对公称高度为11mm修正值不大于2.7μm的台阶高度进行测量,测量结果为11.000 059mm.对13.000 090mm绝对距离重复测量20次的标准差为4.4nm.     

2μm波段双波长间隔可调谐光纤激光器

提出并实验研究了一种2μm波段全光纤间隔可调双波长光纤激光器.该激光器采用传统的环形腔设计,以最大输出功率33dBm的1 565nm光纤激光器为泵浦源,4m单模掺铥光纤为增益介质,腔内为嵌入多模干涉滤波器的Sagnac环的复合滤波结构.该复合滤波器可实现间隔可调谐,高边模抑制比的双波长激光信号输出.通过泵浦功率的控制和对复合滤波器中偏振控制器的调节,实现双波长3nm到80nm间隔可调的激光输出,边模抑制比为60dB,线宽为0.2nm,功率稳定度为±1.5dB/h,双峰能量差小于4dB.     

基于半导体光放大器的通带与阻带相互切换的全光微波滤波器

为了满足光纤射频链路和相位阵列人线应用要求,提出并实验验证了基于半导体光放大器(SOA)的全光微波滤波器,该结构利用SOA的放大自发辐射的交义增益调制(XGM)原理,可以实现通带和阻带的相互切换.它是基于由SOA和可调谐窄带光学滤波器构成的光纤延时环,利用SOA的放大自发辐射谱的交义增益调制产生负系数.当可调谐窄带光学滤波器的中心波长对准激光器的波长时,可获得一个高Q的带通滤波器频率响应;当可调谐窄带光学滤波器的中心波长偏离激光器波长一定量时,可获得陷波宽度较窄和通带相对较平的陷波滤波器频率响应.此结构通过调节可调谐窄带滤波器的中心波长可实现高Q与通带相对较平的陷波频率响应的切换.     

基于增益负反馈的COIL自脉冲方法

针对超音速化学氧碘激光器增益介质的横流特性,设计了具有增益负反馈的光学谐振腔结构,通过化学反应的超音速流场和光场的耦合仿真,根据具体的激光器运行参数,论证了这种结构实现自脉冲激光的可行性。结果表明:振荡激光在增益区上游放大次数越多,对上游增益介质能量提取能力越强,脉冲调制作用越显著。采用激光光斑缩束再放大的结构设计,脉冲激光的峰值功率提高10~20倍,从理论上证明了增益负反馈的调制方法能够实现横流激光器脉冲激光输出。