激光增益材料的光诱导损伤特性分析

通过激光放大器获得高功率的激光输出时,增益材料的损伤特性决定了激光器的使用寿命。以激光二极管（LD）端面泵浦的单片钕玻璃激光放大器为例,对泵浦过程增益材料内部的光场特性和热效应引起的端面应变进行了研究。结合电子增殖理论,建立了一个激光增益材料场致损伤特性分析模型。研究了增益材料内部的雪崩电离速率和多光子电离速率的变化规律,并根据临界自由电子数密度确定了材料发生损伤的具体位置。研究结果表明,激光增益材料发生损伤的位置受到信号光初始光强值、脉冲宽度和泵浦光功率密度影响。当初始光场能量一定,脉冲宽度从10 ns增加到13 ns时,损伤点向入射端方向移动大约14 mm。泵浦光功率密度越大,端面热效应越明显,材料更容易发生损伤。     

激光二极管列阵抽运的单纵模激光脉冲再生放大器

详细研究了单纵模激光脉冲从注入到再生放大过程中脉冲的建立过程 ,采用折迭驻波腔结构的再生放大器 ,实现了激光二极管列阵抽运的高稳定单纵模激光脉冲的再生放大 ,获得了总增益为 1 2× 10 7的高增益放大。取出单脉冲能量为 1 2mJ ,单程净增益为 1 5。     

钛宝石再生放大器实验研究

分析了啁啾脉冲在钛宝石再生放大器中的能量增益与泵浦光及信号光光束口径的关系。并用不同能量的调Ｑ倍频ＮｄＹＡＧ激光器的５３２ｎｍ光为泵浦光，测量了２ＴＷ钛宝石激光系统中钛宝石再生放大器在无注入信号脉冲时和有注入信号脉冲时的脉冲建立时间及相应的输出能量大小。再生放大器的增益为２×１０７。     

百太瓦级超短超强钛宝石激光装置

100TW级激光装置采用了全钛宝石的啁啾脉冲放大技术路线，可以输出3个不同功率段，以适应不同物理实验需求。前端系统是一个台面TW量级系统，主要包括钛宝石自锁模飞秒振荡器、Offner无像差展宽器、再生放大器、预放大器及主放大器。从前端系统主放输出的脉冲能量高达300mJ。为了克服再生放大器中的增益窄化效应及预补偿放大过程中引入的光谱振幅和位相畸变，在飞秒振荡器后应用一个可编程的声光色散滤波器（AOPDF）。AOPDF可以对脉冲光谱的振幅和位相进行主动的调制，补偿增益窄化效应及高阶色散引起的位相畸变。没有应用AOPDF进行预调制，则再生放大器输出的光谱宽度为25nm；当应用AOPDF进行适当调制后，再生放大输出的光谱宽度为40nm，因而最后的压缩脉冲可以获得更窄的压缩脉宽。     

半导体激光放大器用于啁啾补偿的研究

详细分析了饱和工作状态下的行波半导体激光放大器的啁啾特性，从理论上证了实了利用其增益饱和所引起的自相位调制来对光源啁啾和光纤色散进行啁啾补偿的可行性，并且发现，对于不同脉宽的入射脉冲，光放大器均能发挥相位补偿的作用，这一特性可用来在长距离光纤传输系统中，对微弱啁光脉冲同时进行能量和相位的补偿。     

半导体光放大器亚皮秒量级超快动态特性的研究

通过考虑脉冲频谱的增益色散，提出了一个分析亚皮秒光脉冲在半导体光放大器(SOA)中传输的新思路.分别对超快光脉冲在时域和频域内进行离散化，建立了一个更为合理的传输数值模型.基于该模型，观察到了脉冲频谱的明显漂移，并探讨了漂移量与脉冲载波波长、脉冲能量、脉冲宽度、SOA长度和注入电流等外部条件之间的关系，从理论上解释了文献没有证实的实验结果.同时，基于交叉增益调制原理，利用双光束结构，描述了载流子加热、光谱烧孔效应和双光子吸收等非线性效应引起的增益压缩.理论分析的结果为改善SOA的动态特性提供了指导. 关键词： 半导体光放大器 超快非线性效应 增益色散性     

半导体光放大器超快折射率变化动态特性的研究

建立了分析半导体光放大器（SOA）飞秒量级超快动态特性的数值模型,考虑了增益色散以及群速度色散,能更精确地反映飞秒级超短脉冲经过SOA时的传输特性.基于该模型,可以分析由载流子密度脉动以及载流子加热对折射率变化的影响.同时,也考虑了不同的工作条件以及SOA的结构参数对折射率的影响.理论分析和模拟实验为优化SOA的结构、改善SOA飞秒量级超高速动态特性提供了理论指导. 关键词： 半导体光放大器 折射率动态特性 增益色散 群速度色散     

脉冲形状对脉冲经光纤放大器传输后功率增益的影响

基于描述脉冲放大过程的时间相关非线性辐射迁移方程,对不同形状脉冲经掺镱光纤放大器传输后的功率特性进行了分析,该方程同时考虑了光与介质的相互作用.数值结果表明,在相同的脉冲能量下,不同形状脉冲经放大器放大后的功率增益随入射脉冲形状不同而不同,并且功率增益的差异在脉冲前沿比较大.这使得放大器输出脉冲峰值向前沿的偏移量以及峰值功率的放大倍数都与脉冲形状有关.尤其是当入射脉冲的能量较大时,不同形状脉冲的峰值功率的放大倍数明显不同,以超高斯脉冲为最大,高斯脉冲、双曲正割脉冲次之,洛伦兹脉冲最小.     

堆积脉冲光参量啁啾脉冲放大器

以自启动被动锁模掺镱光纤堆积脉冲激光器为种子源,采用非共线相位匹配的方法,进行了光参量啁啾脉冲放大器的实验研究,得到了两级放大总增益为1.1×107,单脉冲能量为11mJ,能量稳定性小于2%rms,8nm的放大谱宽.实验结果表明,采用这种结构的光参量啁啾脉冲放大器,放大增益高,系统稳定、结构紧凑、便于调节,同时通过调节种子源中的堆积器,可以得到不同宽度的放大信号脉冲.     

自由电子激光放大啁啾脉冲的数值模拟

 利用1维非定态程序对单程自由电子激光(FEL)放大器放大线性啁啾脉冲的过程进行了数值模拟,得到了不同啁啾参数的脉冲通过FEL放大器的增益曲线,计算了不同啁啾参数的脉冲被单程FEL放大器放大后的腔外压缩情况。通过对数值模拟结果的定性分析得出：影响输出脉冲宽度和峰值功率的主要因素是FEL放大器的增益线宽和啁啾参数,并以此说明,通过先使用FEL放大器放大啁啾脉冲、然后再将其在腔外压缩的方法产生超短脉冲FEL是可行的。     

Single-pass waveguide amplifiers in Er-Yb doped zinc polyphosphate glass fabricated with femtosecond laser pulses

We have investigated the direct fabrication of subsurface waveguide amplifiers in Er-Yb zinc polyphosphate glass by utilizing the relationship between the initial glass composition and the resulting changes to the network structure after modification by fs laser pulses. Waveguides, exhibiting internal gain of 1 dB/cm at 1.53 μm when pumped with 500 mW at 976 nm, were directly fabricated using a regenerative amplified Ti:sapphire 1 kHz, 180 fs laser system. Optical properties as well as insertion losses and internal gain are reported.     

大能量输出类再生放大系统研究

在对再生放大系统进行改进的基础上提出类再生放大技术,应用大口径放大器,在腔内增加完全成像系统,对注入整形光束进行任意多次的保形放大。可行性验证实验基于两个低增益、大口径放大器,已达到大于10~4的系统增益;在注入能量仅为43μJ能量条件下,实现了大于600 mJ的系统输出能量。验证实验结果表明基于较低增益放大器单元的类再生放大系统,既能实现高增益又能实现大能量输出。     

Multi-channel gain and noise figure evaluation of Raman/EDFA hybrid amplifiers

We present detailed multi-channel experimental characterization of different configurations of single pump hybrid Raman-erbium doped fiber (EDF) amplifiers. The incorporation of an EDF section in a dispersion compensating Raman amplifier is demonstrated to provide superior performance than Raman only system. It is shown that the multi-channel gain spectrum is quite different form the single-channel case. We have also measured the polarization dependent gain (PDG) of the hybrid amplifier configurations and results show that different configurations of hybrid amplifiers have different PDG effects on long-haul optically amplified link.     

A numerical analysis of gain characteristics of Er-doped Al2O3 waveguide amplifiers

The gain characteristics of erbium-doped Al₂O₃ waveguide amplifiers are investigated by solving numerically rate equations with upconversion effects and propagation equations. We obtained the dependence of gain of erbium-doped Al₂O₃ waveguide amplifiers on the waveguide length, erbium concentration and pump power at different pumping wavelengths (980 and 1480 nm). The performance of amplifiers pumping at 1480 and 980 nm are compared. It is shown that 980 nm pumping has higher gain and higher pumping efficiency. The parameters of waveguide amplifiers have been optimized. A optical gain of 43 dB can be achieved for a optimum waveguide length of 8.25 cm and 5.8 × 10²⁰ cm^–3 Er concentration pumped with 100 mW at 980 nm, that is a gain of 5.2 dB/cm.     

Absorptive and dispersive bistability in semiconductor injection lasers

Recent progress in the study of both absorptive and dispersive bistability in semiconductor injection lasers is reported. Inhomogeneously excited semiconductor lasers as an absorptive case, and laser diode optical amplifiers and optical injection locking systems of laser diodes as dispersive cases, are described. Applications of bistable semiconductor lasers, such as optical memories, optical regenerative amplifiers and all-optical switching, are also discussed.     

空分复用光纤放大器增益均衡技术研究进展

随着第五代移动通信技术的正式商用,全球网络流量的需求呈爆炸式增长,传统单芯单模光纤通信系统的容量已接近香农极限,实现通信系统的升级扩容迫在眉睫。空分复用光纤通信系统基于空间维度复用,可有效解决未来通信系统的扩容难题,而空分复用光纤放大器是不可或缺的核心器件和研究焦点之一。当多信道功率增益不均衡时,功率差将会随传输距离的增加不断累积,导致中断概率和接收端误码率升高,最终直接影响系统的传输性能,如何实现增益均衡是空分复用光纤放大器所必须解决的关键问题。依据目前已报道的理论与实验研究,从光纤结构设计、折射率掺杂剖面优化和泵浦方式选择等多角度阐述了空分复用光纤放大器增益均衡的工作原理、特点和不足,从而为空分复用光纤通信系统的优化设计和性能的提升提供解决思路与技术方案。     

Refinement and design of rare earth doped photonic crystal fibre amplifier using an ANN approach

A number of numerical and analytical methods with different complexity can be exploited to analyse fibre amplifiers. Conventional approaches make the refinement and design of the devices extremely time consuming, especially when several design parameters have to be simultaneously optimised to obtain the desired performance in terms of gain and noise figure.In order to tackle this issue, a method based on an artificial neural network to perform the refinement and design of erbium doped photonic crystal fibre amplifiers is proposed in this paper. The capability of the neural network to capture the nonlinear functional link among the physical and geometrical characteristics of the fibre amplifier and its gain and noise figure is exploited. In the refinement it is employed to determine the optimal values of the parameters maximising the gain. In the design, it is used to develop an inverse problem solver in order to determine the values of the parameters corresponding to the known values of gain.Numerical results show that the proposed approach finds the refinement/design parameters in good accordance with respect to the conventional one.     

Modeling and optimizing of high-concentration erbium-doped fiber amplifiers with consideration of ion-clusters

Starting from the modeling of isolated ions and ion-clusters, a closed form rate and power evolution equations for high-concentration erbium-doped fiber amplifiers are constructed. Based on the equations, the effects of the fraction of ion-clusters in total ions and the number of ions per cluster on the performance of high-concentration erbium-doped fiber amplifiers are analyzed numerically. The results show that the presence of the ion-clusters deteriorates amplifier performance, such as the signal power, signal gain, the threshold pump power for zero gain, saturated signal gain, and the maximum gain efficiency, etc. The optimum fiber length or other parameters should be modified with the ion-clusters being taken into account for the amplifiers to achieve a better performance.     

多个超短脉冲相干叠加构成窄带平顶长脉冲的研究

利用超短脉冲放大过程中的光谱增益窄化效应以及标准具的滤波作用,提出了基于再生放大器的多脉冲相干叠加方案，并对该方案在多脉冲叠加阶段的工作原理进行了分析；在小信号增益区内，对多个超短脉冲相干叠加进行了理论分析和数值计算，数值模拟的结果表明，影响形成窄带平顶长脉冲的基本关系为子脉冲宽度、再生放大器中的损耗及其与振荡器的长度失配量对构成脉冲时间波形影响很大，而对其频谱影响很小；叠加脉冲个数、标准具的通带宽度对构成脉冲波形和光谱均有影响. 关键词： 超短脉冲 多脉冲叠加器 窄带平顶长脉冲 数值计算     

钛宝石飞秒激光的啁啾脉冲再生放大

根据多通放大理论计算分析了再生放大器的激光放大特性，并采用啁啾脉冲放大技术完成了钛宝石飞秒脉冲激光的再生放大实验，获得了２ｍＪ的输出脉冲能量，增益大于１０６，对有关现象作了讨论。