强泵浦下掺Yb3+双包层光纤激光器输出特性数值分析和实验研究

对强泵浦下线形腔掺Yb3+双包层光纤激光器输出特性进行了理论和实验研究。通过数值模拟,分析了泵浦光及激光在光纤中的分布、输出功率与泵浦功率的关系、光纤长度及腔镜反射率对激光输出功率的影响。在实验中,利用D型掺Yb3+双包层光纤获得了输出功率10 6W的光纤激光输出,斜率效率达86%。测量了在不同输出耦合条件下的输出功率、阈值泵浦功率和斜率效率,理论分析与实验结果基本一致,为进一步提高光纤激光器功率提供了理论和实验依据。     

LD泵浦瓦级单模高掺铒中红外光纤激光器(英文)

中红外激光在激光医疗、激光光谱学和红外对抗等领域有着广泛的应用前景.为了获得结构紧凑、便携性好的中红外激光源,采用975nm半导体激光器泵浦高掺铒氟化物双包层光纤实现了2.8μm的中红外光纤激光输出.将光纤耦合输出的中心波长为975nm的半导体激光,经过消像差非球面透镜系统耦合进双包层光纤,激光谐振腔由高反镜和具有4%菲涅耳反射率的光纤端面组成,当注入到增益光纤的泵浦功率高于0.37 W时,获得了中红外激光输出.实验结果表明:中红外光纤激光器中心波长为2.785μm,谱宽0.9nm;工作阈值为0.37W,最大输出功率为0.98W,斜率效率为17%,激光工作模式为单模.利用高掺杂浓度铒离子间的能量转移上转换,获得了高效率瓦级单模中红外光纤激光输出.     

运用泵浦耦合器和飞秒刻蚀光栅制作的全光纤化掺铥光纤激光器(英文)

全光纤化掺铥光纤激光器作为光学参量振荡器的泵浦源,可以实现3～5μm激光输出,在激光雷达和光电对抗领域有着极为重要的应用前景.本文运用全国产化的泵浦光耦合器和双包层掺铥光纤实现了全光纤化掺铥光纤激光器.该光纤激光器采用自制的光纤布喇格光栅作为反射腔镜,增益光纤采用水冷的方式.光纤布喇格光栅通过45fs、800nm的飞秒脉冲光和相位掩模板直接在双包层掺铥光纤上刻蚀得到,泵浦光通过泵浦光耦合器的一端耦合进入增益光纤,产生的激光由泵浦光耦合器的另一端输出.输出激光的最高功率达到22.2W,激光波长为1.96μm,斜率效率约为37%,激光线宽为72.4pm.     

端面泵浦掺Yb3+双包层光纤激光器

从双包层光纤激光器的速率方程出发，得到了光纤中泵浦光与激光的功率分布、输出功率与泵浦功率的关系、腔镜反射率及光纤长度对输出功率的影响。研究结果表明：输出激光功率与光纤长度及后腔镜反射率有很强的依赖关系，存在一个输出功率最大的最佳光纤长度。后腔镜反射率越大，输出激光功率越小；当光纤长度较短时，在输出端放置反射镜使泵浦光高反射，可以提高输出功率和效率。通过对端面泵浦掺Yb3+双包层光纤激光器进行理论分析和实验研究，得到输出激光的中心波长为1088.3nm，斜率效率为33.7%，最大输出功率为1.75W。     

国产掺镱双包层光纤的激光特性

 采用MCVD方法研发了掺镱双包层光纤，并对其结构特性、荧光特性和激光特性进行了测试和研究。其D形内包层尺寸为400/450μm，数值孔径为0.36,纤芯直径约为16μm，数值孔径约为0.18。荧光谱线的范围为1 000~1 140 nm，1 030 nm处的峰宽大于50 nm。采用大功率激光二极管单端泵浦6 m长的双包层光纤，在泵浦入纤功率为61 W时， 获得了32 W的激光输出，斜率效率为64%。该光纤在高功率处未发现饱和现象，通过优化光纤参数与泵浦方式还可以提高转化效率和输出功率。实验表明该光纤可以取代进口光纤用作高功率激光器件。     

双端输出全光纤振荡器突破8 kW高功率输出

双端输出光纤激光振荡器可以通过一个单谐振腔结构实现两路激光输出,能够减少高功率光纤激光系统的体积和成本,在工业领域有着很好的应用前景。基于双端泵浦谐振腔结构,采用稳波长981 nm光纤耦合半导体激光器（LD）泵浦纤芯/包层直径为30/400μm的双包层掺镱光纤,首次实现了总功率大于8 kW的双端输出光纤激光振荡器。在总最高泵浦功率为10.951 kW时,A端输出功率为3769 W, B端输出功率为4400 W,总功率为8169 W,激光器光-光转换效率74.6%,A、B端激光光束质量M2因子分别约2.13和2.36。在最高输出功率时,两端输出激光中均未观察到动态模式不稳定效应（TMI）和受激拉曼散射（SRS）,通过进一步增加泵浦功率,有望实现更高功率的激光输出。     

基于MOPA结构的1120nm掺Yb光纤放大器

基于主振荡功率放大器,采用1120nm光纤激光器作为种子激光,将其注入20m大模场面积单模双包层掺Yb光纤放大器,并用976nm半导体激光器泵浦实现了1 120nm信号光输出.实验中将注入种子激光功率预设为10mW,当半导体激光器泵浦功率增大至1.5 W时,放大器系统开始输出1 120nm信号光.当泵浦功率低于3.4W时,信号光功率随泵浦功率缓慢增长,系统斜率效率较低;而当泵浦功率高于3.4W时,信号光功率随泵浦功率线性增长,斜率效率明显增大,达到48.5%.限于最大注入泵浦功率为6.8W,放大器输出最高1 120nm信号光功率为1.97W,总的光-光转化效率为29%.输出信号光中心波长为1 120.89nm,线宽为0.02nm,极好地保持了种子激光的特性.结合实验情况,利用双包层光纤放大器的稳态理论模型,采用有限差分方法模拟了放大器输出信号光功率随泵浦光功率的变化曲线,结果显示理论模拟所得变化趋势与实验结果吻合良好,系统将在泵浦功率达到200W左右时达到饱和状态,说明目前光纤放大器系统具有很大的功率提升空间.     

国产25/400μm掺镱双包层光纤实现2.2kW窄线宽单模激光输出

基于自主研制的均匀掺杂低热光系数25/400μm掺镱双包层光纤,开展了全光纤高功率窄线宽光纤激光放大实验。激光系统实现了中心波长为1060.3 nm、线宽为25 GHz、最高功率为2.2 kW的单模激光输出,其斜率效率达78%,光束质量因子M~2≈1.2,其功率是目前报道的基于国产25/400μm掺镱双包层光纤窄线宽放大器单模激光输出的最高功率。     

15 W光子晶体光纤激光器的研究

采用多模大功率980nm半导体激光器泵浦20m 掺Yb双包层光子晶体光纤, 获得了1.09 μm,功率为15 W的激光输出.详细研究了输出功率与泵浦功率的关系.     

8.6W掺Yb3+双包层光纤激光器的研究

采用多模大功率半导体激光器泵浦掺Yb双包层D型光纤,详细研究了输出功率与泵浦功率的关系,获得了1.09μm,功率为8.6W的激光输出.     

高功率双包层光纤激光器受激拉曼散射和热效应的理论研究

 受激拉曼散射和热效应会限制光纤激光器功率的提高。利用高功率光纤激光器的速率方程和热传导方程，理论研究了双端泵浦和分布泵浦下双包层光纤激光器的受激拉曼散射和热效应，得到了光纤中的泵浦光、激光和斯托克斯光的功率分布，光纤激光器的输出特性以及光纤中的温度分布。分析表明，当泵浦功率增大到一定值时，光纤激光器中出现SRS，一部分激光功率会转移给斯托克斯光，影响激光功率进一步提高;与双端泵浦方式相比，分布泵浦下光纤激光器的斜率效率和最大输出功率相差不大，但是，光纤中的温度分布被有效地降低，因此，分布泵浦方式更为有效。     

一种掺钕光纤激光器与倍频技术实现的数值模拟

从双包层光纤激光器的速率方程和光传输方程出发，建立数学模型，进行数值计算并对掺钕光纤激光器输出功率沿光纤的分布以及不同光纤长度下抽运功率和输出功率沿光纤的分布进行了数值模拟。以808nm半导体激光器为抽运源，掺钕双包层光纤为增益介质，并以KTP作为倍频晶体，计算并模拟其倍频效率和相位匹配角。最后，对光纤激光器及其倍频的实现进行了模拟研究。结果表明，该光纤激光器能够高效率地实现可见光输出。     

双端泵浦的高功率掺Yb3+双包层光纤激光器

 分析了Yb³⁺的能级结构、光谱特性以及激光发射特性。实验研究了中心波长为1 100 nm、输出功率为61.6W、斜率效率为55%的高功率掺Yb³⁺双包层光纤激光器。采用了两个中心波长在915 nm的高功率激光二极管分别从光纤的两端将泵浦光耦合进入光纤，采用45°对波长在（1 100±10） nm的激光高反，对波长在（915±10） nm的泵浦光高透的双色镜将激光输出，实验发现了掺Yb³⁺双包层光纤的合作发光效应。理论分析表明，掺Yb³⁺双包层光纤中合作发光效应是由Yb³⁺对在激光产生过程中的吸收与发射引起的。     

包层泵浦技术在光纤通信中的应用

包层泵浦技术以其独特、高效的特点越来越引起人们的关注，有希望能推动光纤通信新的发展。本文详细介绍了包层泵浦技术在光纤通信中的应用，包括包层泵浦光纤放大器、包层泵浦光纤激光器以及作为光纤拉曼放大器、激光器泵源的大功率掺镱双包层激光器。并且展望了包层泵浦技术中一些关键技术的发展方向。     

Tapered fused fiber bundle coupler capable of 1 kW laser combining and 300 W laser splitting

A high efficiency 7 × 1 multimode fiber coupler using the method of fusion and tapering is reported. This coupler can be applied to combine laser power, ad it can be used as a 1 × 7 splitter with reversible simultaneously. In the experiment, for combiner, coupling output power of 1032 W is obtained with the input power of 1066 W. The total coupling efficiency is 96.8%. The average insertion loss of each input fiber is 0.14 dB at ∼150 W input power. To splitter, the sum of 7 output ports power is 294 W with the input power of 341 W, and the insertion loss is about 13.8%. This fiber coupler can be applied in pumping all-fiber double clad fiber laser, as well as power combination and splitting of fiber lasers.     

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.     

窄线宽掺Yb3+双包层光纤激光器研究

 与通常的双包层光纤激光器不同，光纤前端面与二色镜拉开一个小的距离，构成了Fabry-Perot滤波器。理论分析了Fabry-Perot滤波器效应。通过调节光纤前端面与二色镜之间的距离，实现了掺Yb³⁺双包层光纤激光器的窄线宽激光输出，中心波长为1 082.79 nm，谱线宽度为0.14 nm，斜率效率为20%，最大输出功率为0.62 W。     

双包层大模场面积保偏掺镱光子晶体光纤研究

采用改进的化学气相沉积法和溶液掺杂法制备出掺镱石英光纤预制棒,以该预制棒为有源纤芯制备芯区直径约为30μm的双包层保偏掺镱光子晶体光纤.模拟计算得到该保偏光纤的模场面积约232μm2,双折射系数B为5×10-5.利用该光纤分别进行了脉冲激光和连续激光的放大测试实验,在国内首次实现了高效率的飞秒激光放大,2 m长的光子晶体光纤可得到1.64 W的激光输出,激光放大斜率效率为49.8%.同时5 m长的光纤还能够实现8.12 W的连续激光放大输出,斜率效率达到55.9%,具有较高的斜率效率.此外,该光纤消光比约10 dB,具有良好的保偏特性.     

高功率全光纤保偏主振荡功率放大型光纤激光器的实验研究

进行了全光纤保偏主振荡功率放大型光纤激光器的实验研究. 采用两级级联放大的方式, 利用纤芯为5 μupm 的小芯径双包层保偏光纤, 在最大抽运功率为88 W 时实现了67 W的1083 nm保偏激光输出, 纤芯内的激光功率密度约为3.4 W/μupm², 光-光转换效率为76%．分析结果表明, 进一步提高抽运功率有望获得更高功率的激光输出．     

Optical properties of ytterbium-doped tandem-pumped fiber oscillator

With the rapid development of ytterbium-doped fiber lasers, some obtrusive limitations on power scaling appeared. In order to avoid these problems, a scheme called tandem pumping is introduced into the fiber laser field. In this paper, the optical properties of an ytterbium-doped tandem-pumped fiber oscillator are presented. According to the oscillator profile, the proper gain fiber type and pump wavelength range are picked out, under the comprehensive consideration of laser conversion efficiency and beam quality. In addition, the photodarkening performances of tandem pumping lasers and conventional ones are compared based on practical application, with all possible impact parameters taken into account. Moreover, an all-fibered tandem-pumped oscillator centered at 1079.5 nm is built, in the way of clad pumping by a 1030-nm fiber laser. The laser power of the oscillator reaches 7 W, with an opto-optic efficiency of 82.4%.