基于公共环形腔耦合的光纤激光器相干合成技术

 为提高光纤激光器无源自调整相干合成阵列的效率、稳定性和可扩展性,提出了基于公共光纤环形腔耦合与单模光纤滤波的光纤激光器相干合成方案。将多个2×2的光纤耦合器分别插入各单元激光器的谐振腔,利用耦合器余下的端口,两两相连构成公共环形耦合腔。采用单模光纤滤波技术,提高了各输出激光束之间相位锁定的稳定性。利用该方案在实验上实现了三路光纤激光器的被动锁相输出,实验测得的远场干涉光斑、输出功率及光谱均表明该方案适于构建性能较好的光纤激光器相干合成阵列。     

光纤激光器自组织相干阵列的理论分析

 分析了光纤激光器自相干阵列最简单的情况——两个光纤激光器之间的相位锁定过程。建立了该过程的数学模型，并对它的时间特性和输出光束的模式进行了理论和数值分析，讨论了运行频率差和耦合系数对锁相过程的影响。对于运行频率相等的两个光纤激光器，当两个光纤激光器初始相位差不为0时，相位锁定后的激光器阵列输出模式为异相模；对于运行频率不等的情形，给出了锁相运行对两个光纤激光器运行频率差的要求，并分析了降低这种要求的几种方法。     

两个光纤激光器的互相注入锁定

光纤激光器的相干合成技术是实现高功率、高亮度光纤激光系统的重要技术途径.利用分束器分光使两个光纤激光器的能量互相注入，从而使两个光纤激光器达到锁相锁模实现相干输出. 实验研究表明：在独立运行的情况下，两个光纤激光器的远场光斑只是两个激光器光强的简单叠加；在互相注入锁定的情况下，两个光纤激光器的远场光斑是具有高对比度的干涉条纹，并得到两个激光器的输出模式总为异相模.这与理论分析的结果相一致. 关键词： 光纤激光器 相干合成 锁相     

两光纤激光器相干合成的实验研究

利用迈氏腔技术,进行了光子晶体光纤(PCF)激光器相干合成的实验研究,实现了两光子晶体光纤激光器的相位锁定,获得了功率为47W的相干输出.解释了在迈氏腔的两个输出光路上分别实现相干相长和相干相消的物理机理.实验结果表明,合成激光光谱较单台PCF激光器的激光光谱有显著的改善,波长带宽小于5nm. 关键词： 光子晶体光纤 相位锁定 迈氏腔 光纤激光器     

基于空间滤波的光纤激光被动相位锁定技术研究

基于空间滤波的被动相位锁定,对掺Yb光纤激光阵列的相干组束进行了理论和实验研究.分析了基于空间滤波光反馈相位锁定的原理,研究了远场相干光斑Strehl比与激光波长及光谱带宽的关系.建立了二维四路掺Yb光纤放大器阵列的被动相位锁定实验系统,实现了稳定的相干耦合激光输出,远场光斑Strehl比为0.77.测得输出激光光谱中单个纵模的带宽约为9.1 GHz,与理论计算符合较好. 关键词： 光纤激光 相干合成 环形腔     

32路光纤激光相干阵列的相位锁定

报道了32路光纤激光相干阵列的相位锁定实验研究。搭建了32路光纤激光相干阵列实验系统,基于现场可编程逻辑阵列(FPGA)设计制作了高速高精度相位控制器。当相位控制器执行随机并行梯度下降(SPGD)算法对各路激光的相位进行锁定时,相干阵列输出的激光功率与不进行相位锁定时相比提高了约26倍。     

光纤放大器阵列的远场特性研究

从光纤激光器阵列相干合成远场光强分布的解析表达式出发，详细研究了阵列占空比、阵元个数以及阵元的相位误差对相干合成远场图样分布、中心主瓣的角宽度及所占能量的影响. 给出了占空比为12.5%时，三路保偏光纤放大器相干合成的实验结果. 关键词： 光纤激光器阵列 相干合成 相位     

基于空间结构内部锁相的光纤激光相干合成技术

介绍了本课题组近年来在基于空间结构内部锁相的光纤激光相干合成方面的研究工作,给出了空间结构内部锁相相干合成的基本原理,搭建了七路低功率光纤激光阵列实验系统,结果表明在内部相位噪声校正基础之上,可以稳定补偿外部相位差进而实现激光阵列同相位输出,验证了内部锁相方法的可行性。进一步介绍了空间结构内部锁相技术在目标在回路相干合成、阵列光束光场调控等方面的拓展应用,通过实验论证了空间结构内部锁相技术能够有效提升目标在回路相干合成系统的相位控制带宽,并在远场有效生成轨道角动量光束阵列,其拓扑荷数可从-1到+1切换。     

用于光纤激光器阵列锁相的光纤环特性研究

光纤环特性对基于公共光纤环的光纤激光器锁相阵列的性能具有重要影响.介绍了利用公共光纤环构建光纤激光器锁相阵列的结构、特征以及光纤环的作用.建立了研究该光纤环特性的理论模型,分别采用光强叠加和光场叠加法分析了光纤环的能量传输与谐振选模特性,并在考虑输入光波谱宽的情况下证明了两种方法的一致性.研究表明增加成环耦合器的耦合比可以增强锁相阵列各单元激光器间的能量耦合,且在光纤环损耗较低时不会明显降低输出功率和组合效率.实验中观察到了光纤环的滤波选模效应,而输出功率随着耦合比的增加有规律的略微减小.两者均与理论分析结果一致.     

三路光纤放大器相干合成技术的实验研究

实验上实现了三路保偏光纤放大器稳定的锁相控制，达到相干合成的输出目的.介绍了实验方案，详细阐述了相位检测与控制的方法并以一路信号光为例给出了相位噪声的测量结果.最后给出了相干合成的远场图样并对其影响因素加以简单分析.实验表明，利用提出的方案增加相干合成的路数是可行的. 关键词： 光纤放大器 相干合成 锁相     

1.8-kW simultaneous spectral and coherent combining of three-tone nine-channel all-fiber amplifier array

We demonstrate simultaneous spectral and coherent combining of a three-tone nine-channel all-fiber amplifier array with a total output power of 1.8 kW in a master-oscillator power-amplifier (MOPA) configuration. Three single-frequency seed lasers are spectrally combined and employed as a master oscillator for an all-fiber power amplifier array, which provides robust performance on suppressing of the stimulated Brillouin scattering effect. Three-stage power amplifiers are employed to scale the power from tens of mW to more than 300 W. Active phase locking of the nine-channel spectrally combined amplifiers is implemented by using the stochastic parallel gradient descent algorithm. In the experiment, a nine-channel spectrally combined MOPA array is coherently combined with a total output power of 1.8 kW. The power in the main lobe in closed loop is 4.6 times the value in open loop, and an average visibility of more than 85 % of the interference pattern at the receiving plane is obtained. By only adding pump power in the main amplifiers, the total power of the array could scale up to more than 3 kW.     

大功率高效率掺铒超荧光光纤光源及其应用

采用光纤反射环镜和双程后向结构,得到了最大输出功率30.6 mW、光光转换效率42.0%的大功率、高效率全光纤掺铒超荧光光源（SFS）.利用串接光纤光栅（FBG）和光纤型F-P腔,对其进行光谱分割,得到了稳定的多波长输出.实验结果和探讨对光谱分割多波长光源的研制具有指导意义.     

基于阿秒抖动光纤锁模激光器的时钟同步

光纤锁模激光器结构简单, 运转稳定, 且输出的超短脉冲序列具有极高的时钟稳定性, 在抽运探测、脉冲相干合成等要求高精度时钟同步的前沿领域有着广阔的应用前景. 本文通过激光器腔内的电光调制器进行反馈控制, 实现了两台光纤锁模激光器之间的紧密时钟信号同步; 并且通过平衡光学互相关方法, 对残余的时钟误差信号进行了测量, 分辨率达到了13 as. 通过优化激光器的腔内动力学过程及反馈环路的参数, 在[1 Hz, 10 MHz]的积分区间内得到了109 as的残余时钟误差, 对应单台激光器的平均时间抖动为77 as.     

多单元光纤激光阵列的倾斜控制实验研究

本文结合光纤激光阵列技术的发展趋势,介绍一种基于大模场面积光纤的自适应光纤光源准直器的研制进展,搭建七单元光纤激光阵列,进行平行发射体系下阵列间的倾斜控制实验,并初步探索了基于目标在回路的共形发射体系下阵列间的倾斜控制.最后,在三级全光纤放大链路的主振荡-功率放大系统中,完成了两路10W量级光纤激光阵列的倾斜控制及锁相.为在实际大气环境下应用光纤激光阵列技术提供了参考.     

全光纤超短脉冲掺Yb3+光纤环形激光器

讨论了自启动被动锁模掺Yb³⁺光纤环形激光器产生短脉冲的机理，并研制出全光纤结构超短脉冲掺Yb³⁺光纤环形激光器.采用两个976nm半导体激光器级联抽运作为抽运源，高掺杂浓度掺Yb³⁺光纤作为增益介质，利用光纤的非线性偏振旋转效应，得到自启动、十分稳定的ps量级锁模光脉冲.激光器锁模阈值功率260mW，输出功率25mW，锁模光脉冲中心波长1056nm，3dB带宽11.7nm，重复频率20MHz.与其他结构光纤激光器相比，这种全光纤结构具有更高的效率和更好的稳定性. 关键词： 环形光纤激光器 3+光纤')" href="#">高掺杂浓度掺Yb³⁺光纤 自启动 被动锁模     

基于类噪声脉冲抽运的平坦超连续谱光源

设计了一种由类噪声脉冲抽运的全光纤结构平坦超连续谱光源。在色散管理掺铒光纤激光器中通过调节腔内偏振态,在泵浦功率为450 mW时,实现了稳定的类噪声脉冲锁模,锁模脉冲的中心波长为1 600 nm,脉冲宽度为303 fs。在最大泵浦功率为1 W时,谐振腔直接输出功率为8.6 mW。较低的功率无法有效拓展超连续谱宽度,为此设计一种掺铒光纤放大器进行功率放大,放大器最大输出功率为338 mW,将功率放大后的类噪声脉冲耦合进高非线性光纤以产生超连续谱,超连续谱的20 dB光谱范围为1 530 nm～2 300 nm,在1 736 nm～2 134 nm范围内,光谱的平坦度优于0.5 dB。