基于光纤拉曼放大的级联式全光纤1020nm光源

设计并制作了输出功率为196 mW的级联式全光纤1020 nm光源.该光源采用光纤拉曼放大器与掺镜光纤放大器级联的放大方案,实现了对低功率1020 nm种子光的放大.在光纤拉曼放大级,采用了3段不同长度的拉曼增益光纤进行了对比实验,比较了一定信号光功率和抽运光功率下拉曼增益光纤长度对光纤拉曼放大级输出功率的影响;测量了...     

受激发射的观测

光有两种发射机制-自发发射和受激发射.普通光源的光是由自发发射产生的,而激光器辐射的激光是受激发射产生的放大光.自发发射人们是熟悉的,但是在通常情况下很难观察到受激发射现象.本文介绍一个简单的实验,很容易观察到受激发射现象,并且又能方便地测出受激发射光放大的增益系数. 设物质粒子有上下两个能级E2和E1.要想观察到受激发射现象,必须使上能级 E2上的粒子数N2超过下能级E1上的粒子数N1,也就是使系统处于非热平衡的所谓“粒子数反转状态”.处于粒子数反转状态的物质称为增益介质,这是由于受激发射光通过增益介质何放大作01.如有…     

高掺杂碲基EDFA增益噪声特性的数值模拟

采用四能级理论模型对高掺杂碲基EDFA进行了数值模拟,得出C波段和L波段EDFA的主要增益和噪声系数特性,C+L波段同时放大时,20 dB增益带宽达到85 nm.同时分析了铒离子高掺杂带来的上转换效应对放大增益和噪声性能的影响程度,C波段为4％,L波段为10％,当增大泵浦光功率时,影响程度会更小,采用两段级双向泵浦结构放大时影响仅为0.1％.     

掺杂纳米材料光纤的研制

将纳米技术与光纤技术相结合,利用改进的化学气相沉积法(MCVD)制作纳米级InP薄膜内包层光纤及在普通单模光纤纤芯中掺杂纳米级InP粒子的新型光纤,前者单位长度放大系数最大达到15.35dB/m,能在较短的长度上对信号光起到放大作用,便于集成化;后者经实验证实其纤芯具有光波导传输性能.两种新型高非线性光纤在光通信器件中的具有应用前景.     

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11 mJ,能量稳定性小于2％ rms,8 nm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.     

四能级原子介质中Goos-Hänchen位移的相干控制

通过外加驱动光场的调控改变腔中四能级原子介质的色散-吸收关系, 从而来调控反射光和透射光的Goos-Hänchen位移. 研究表明介质可同时对探测光场进行放大和吸收,在介质对探测光的吸收和放大相互抵消 (即介质呈现透明特性)的区域附近,对Goos-Hänchen位移的控制比强吸收或强放大特性下要灵敏, 可以实现位移的突变和增强.     

高能量高峰值功率激光系统的稳定性问题研究

针对高能量高峰值功率激光系统建立了相应的理论分析模型和计算程序,并针对放大系统的稳定性进行了分析,同时还对放大链路中的B积分、频谱漂移、泵浦光和信号光之间的时间同步抖动进行了模拟分析.分析结果表明：采用两级放大结构,有利于提高系统的稳定性；同时需要严格控制全系统B积分累积,建议全系统B积分的累积值小于2,超过2的B积分累积意味着更多的注入能量,如果泵浦光和信号光之间的同步时间抖动控制在±0.2 ns之内,输出稳定性可控制在rms2％之内.     

接近单周期量级的两级非共线光参量放大

提出了一种新的两级非共线相位匹配光参量放大方案,两级光参量放大分别采用不同的相位匹配条件,充分利用非线性晶体的相位匹配能力和增益光谱范围,可以实现增益带宽接近一个倍频程的光参量放大。并以4.5 mm厚的偏硼酸钡(BBO)晶体和波长为532 nm、强度为5 GW/cm2的抽运光源为例进行了模拟计算,结果表明,该方案可以实现波长范围在710~1190 nm、增益带宽为480 nm的信号光放大,信号光光谱宽度达到0.75个倍频程,再压缩后傅里叶限脉冲的时间宽度约为5 fs,约等于1.6倍的光振荡周期。计算了光参量放大过程中的相位畸变,以及该相位畸变对再压缩后信号光脉冲时间波形的影响。研究结果可以为实现周期量级光参量放大的设计提供理论依据。     

基于Ti∶sapphire振荡源的光参量啁啾脉冲放大器

以钛宝石飞秒振荡源作为种子源,在二级放大器中,采用种子光被同一束抽运光在有效非线性系数最大的平面内放大两次的双通光参量放大结构,实现高增益光参量啁啾脉冲放大.实验得到了3×107的总增益,信号光输出能量为3 mJ,能量晃动小于3%rms,此时参量荧光仅占输出总能量的1%.实验结果表明,采用这种放大系统,提高了信号光与抽运光在时域上的匹配,有效地抑制了参量放大过程中参量荧光的产生,同时提高了系统的稳定性.     

基于自发辐射相干控制的电磁感应透明诱导无反转光放大效应

建立微波驱动基态精细结构跃迁的Λ型三能级系统,研究基于自发辐射相干控制的电磁感应透明诱导无反转光放大效应.微波场作用于基态精细结构能级之间,产生3个透明窗口,利用适当角度的自发辐射相干效应与电磁感应透明耦合,实现透明向光放大的转化.结果表明,透明转化为光放大时,激发态与基态能级之间以及两个基态能级之间均不出现粒子数反转,但在产生光放大的过程中必须经历两个基态能级出现粒子数反转的状态.调节微波场的频率失谐量可以改变基态能级上的粒子数分布,有利于无反转光放大的产生.     

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.     

光纤激光器光参量啁啾脉冲放大现象

实验研究了采用信号光在一块非线性晶体内被同一束泵浦光放大两次的结构来实现光参量啁啾脉冲放大过程中对参量荧光的控制,实验得到了2×106的双通总增益,输出总能量为2 mJ,信号光能量晃动小于3％ rms,此时参量荧光仅占输出总能量的1％.采用这种放大结构,提高了短信号光与长泵浦光在时域上的匹配和转换效率,抑制了参量荧光,并提高了放大信号光的能量稳定性.     

主振荡功率放大装置中的放大自发辐射效应和能量提取效率

 建立了放大自发辐射(ASE)和相干激光能流耦合的模型,使用迭代算法,计算了长方体形状放大级中的ASE能流和相干激光能流的分布以及放大级出口0.5 m处的ASE分布,并讨论了入射光强、饱和光强对输出功率及能量提取效率的影响。对于增益区呈长方体、增益系数沿流场方向呈抛物线分布的放大级的计算结果表明：输入光的存在不仅会降低放大级中ASE光强的大小,而且将改变ASE的分布,使放大级中ASE能流的极大值向入口处移动;在饱和光强一定的情况下,输出功率和能量提取效率将随着入射功率的增大而增大;在入射光强一定的情况下,输出功率将随着饱和光强的增大而增大,而能量提取效率将随着饱和光强的增大而减小。     

XeCl准分子激光能量提取研究

在高功率准分子激光系统建设中,希望能获得较短的脉冲宽度和尽量多的激光能量。实验研究了不同注入水平下,脉冲时间间隔对脉冲链放大波形和放大器提取效率的影响;基于四能级速率方程和准分子反应动力学建立了准分子激光放大模型,计算了多种注入方式下种子光的放大过程,对关键参数给出了量化描述,得到与实验相符的计算结果。研究结果显示:脉冲序列间隔为9.3ns时,可获得约95%的连续注入情形下放大能量;对该准分子激光系统来讲,9.3ns是比较合适的脉冲间隔。     

微弱光信号检测电路的实现

为将微弱光信号有效地转换为电信号以方便后级电路处理,设计了微弱光信号检测电路。电路由光电转换和前置放大两部分组成。光电转换电路采用低输入偏置电流运算放大器AD 549实现;前置放大电路使用对称三极管组成的对数比率放大电路实现,并在同等条件下与集成电路LOG 100组成的前置放大电路相比较。实际测量表明,该放大电路设计可有效放大低于1 nW的微弱输入信号,同时对噪声也有很强的抑制作用,而由LOG 100组成的电路对噪声的抑制能力明显衰减。     

飞秒激光脉冲在三能级有机分子介质中传播时的频谱分析

通过采用预估校正的时域有限差分法求解麦克斯韦-布洛赫方程,我们研究了飞秒激光脉冲在三能级有机分子(4,4-二甲氨基二苯乙烯分子)介质中传播时脉冲的频谱演化情况.在单光子共振情况下,即入射脉冲频率等于1、2能级之间的共振频率,对大面积入射脉冲,由于强的二次激发的作用,电场频谱中出现了在ω32附近振荡的频率成分,ω32是2、3能级之间的共振频率,说明对大面积入射脉冲二能级模型已经失效,需要采用多能级模型来描述分子介质.在双光子共振情况下,即入射脉冲频率等于1、3能级之间的共振频率的一半,由于介质中放大的自发辐射和四波混频的作用,部分入射脉冲能量转化为高频和低频电场成分的能量,分子介质表现出了很强的光功率限幅特性.     

水中微弱光散射布里渊频谱选择性光放大研究

提出利用布里渊放大技术对水中微弱光散射信号进行频谱选择性光放大的方法.根据频率失谐布里渊放大理论模型，分析了Stokes种子光的线宽及频率失谐对布里渊放大的影响，研究了种子光放大率随水温及其功率密度变化的规律，理论和实验符合较好.研究表明，相同频率失谐时，线宽较大的种子光信号放大率更高.选取20℃的CS₂为放大介质，不同温度海水产生的Stokes种子光信号均能得到有效的布里渊放大.相同抽运光功率密度情况下，种子光的放大率随其功率密度的增加而减小，当种子光能量约为5μJ时，其放大率达10²以上.     

四能级原子介质中Goos-Hnchen位移的相干控制

通过外加驱动光场的调控改变腔中四能级原子介质的色散-吸收关系,从而来调控反射光和透射光的Goos-Hanchen位移.研究表明介质可同时对探测光场进行放大和吸收,在介质对探测光的吸收和放大相互抵消(即介质呈现透明特性)的区域附近,对Goos-Hanchen位移的控制比强吸收或强放大特性下要灵敏,可以实现位移的突变和增强.     

微波场作用下三能级原子系统的无反转光放大

研究了外加微波场作用下三能级原子系统的无粒子数反转放大特性. 通过求解系统的密度矩阵方程得到其探测吸收谱. 结果表明, 介质对探测场的吸收呈现多峰结构, 并且在强微波驱动场的作用下, 特定范围内出现了明显的负吸收(即光放大). 进一步定量分析各能级粒子数布居随作用场强度的变化, 揭示出该三能级原子系统呈现无粒子数反转光放大的规律. 最后, 采用缀饰态理论对探测吸收特性做出了准确的解释.     

非单色光抽运的光参量啁啾脉冲放大的带宽及增益特性研究

采用傅里叶变换的方法将脉冲光分解成不同的频率成分,建立了非单色光抽运的光参量放大耦合方程组的数值求解模型.研究了非单色抽运光对光参量啁啾脉冲放大的小信号增益、大信号增益以及增益带宽的影响.非单色抽运光降低参量放大的增益水平,但同时可提高增益带宽,且抽运光谱宽越宽,对增益带宽的提高作用越大.还进一步从相位失配和参量带宽的角度分析了非单色抽运光使参量放大的增益降低、带宽增大的原因. 关键词： 光参量啁啾脉冲放大 非单色光 增益带宽 飞秒激光