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.     

利用全光纤耦合环实现三路光纤激光器的相位锁定

利用三个2×2的光纤耦合器按一定规则联接成一个全光纤耦合环，该耦合环将三个独立的掺铒光纤激光器连成一个锁相阵列. 由于耦合环的引入，锁相阵列的整体损耗减小，且三个单元激光器之间可以进行有效的能量相互注入耦合，进而实现阵列的锁相输出. 实验中观察到的远场干涉图样和锁相前后的输出光谱均表明三路光纤激光器实现了相位锁定，当三路抽运源的功率均为100 mW时，获得了92 mW的稳定相干输出. 关键词： 光纤激光器 相干合成 光纤耦合器 相位锁定     

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     

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。     

激光器阵列的部分相干性对相干合成远场输出特性的影响

对于相干合成的光纤激光器阵列来说，如何定量的分析阵列的相干性对于评价阵列的性能具有极其重要的意义.文章推导了光纤激光器阵列部分相干合成远场强度分布的解析表达式，详细探讨了激光器阵列的部分相干性对相干合成远场图样分布、中心主瓣宽度、斯特列尔比、桶中功率的影响.最后采用主振荡并联放大器方案对三路掺镱光纤放大器进行实时相位探测与校正，实验给出了三路光纤放大器相干合成的结果. 关键词： 光纤激光器阵列 相干合成 相干度     

光纤移频分布式布里渊光纤传感技术

提出了一种利用布里渊光纤环形腔移频技术实现分布式光纤布里渊传感的方法.该方法基于布里渊光时域分析法原理,将一束单纵模运转激光器输出的激光分为两束|一束光入射布里渊光纤环形腔中产生窄线宽的受激布里渊散射光作为斯托克斯光,另一束光经过低频相位调制后作为泵浦光|斯托克斯光和泵浦光分别相向入射进入传感光纤,通过测量布里渊谱得到光纤温度或应变.利用该方法可将十几GHz的微波频率转化为兆赫信号频率进行探测处理,仅需一台激光器,因此系统结构简单、成本低,还可减小激光器频率波动对测量准确度的影响.实验验证了该方法的可行性.     

激光器阵列的部分相干性对相干合成远场输出特性的影响

对于相干合成的光纤激光器阵列来说，如何定量的分析阵列的相干性对于评价阵列的性能具有极其重要的意义.文章推导了光纤激光器阵列部分相干合成远场强度分布的解析表达式，详细探讨了激光器阵列的部分相干性对相干合成远场图样分布、中心主瓣宽度、斯特列尔比、桶中功率的影响.最后采用主振荡并联放大器方案对三路掺镱光纤放大器进行实时相位探测与校正，实验给出了三路光纤放大器相干合成的结果.     

高速线性光采样用被动锁模光纤激光器重复频率优化

线性光采样是一种测量基于先进调制码型的高速光信号的有效手段, 而被动锁模光纤激光器是其实施所需的关键组件. 本文在介绍线性光采样工作原理的基础上, 首次分析得到被动锁模光纤激光器重复频率与待测信号光线宽的约束关系, 对于正交相移键控(QPSK)信号, 当信号光线宽与采样光脉冲重复频率的比值小于1.5×10^-3 时, 高速信号的相位噪声对线性光采样带来的损伤可以忽略不计. 利用95.984 MHz重复频率的被动锁模光纤激光器对线宽为100 kHz速率为28 Gbaud的QPSK信号开展相关实验, 通过标准数字相干接收算法可以得到与传统高速示波器相同的星座图, 理论分析与实验结果完全符合. 这一研究结果有助于线性光采样用被动锁模光纤激光器的优化设计.     

基于光纤环形腔激光器的可调谐全光波长转换器的研究

在光纤环形腔激光器中引入周期极化反转铌酸锂(PPLN)光波导，用该激光器产生的连续光作为抽运光和控制光，使其与外加的信号光发生非线性效应实现可调谐波长转换.介绍了基于准相位匹配的PPLN光波导中的和频与差频级联型全光波长转换器的基本原理.对抽运光、信号光、控制光以及转换光的光功率随着PPLN光波导的变化进行了模拟.还对转换效率随着转换光波长的变化进行了数值计算.实验验证了该波长转换器的可调谐性. 关键词： 周期极化反转铌酸锂 和频与差频 可调谐全光波长转换 光纤环形腔激光器     

两路双包层光纤激光器互注入锁相实验研究

提出了一种利用45°半透半反分束镜和角锥反射器实现两路光纤激光器的能量相互注入，从而获得相干合成激光输出的新方法，分析了其锁相原理.在实验上成功实现了两路独立振荡双包层光纤激光器的互注入锁相输出，在远场观察到了清晰稳定的干涉条纹（可见度约0.57），获得了超过10W的相干合成激光输出，功率合成效率约为76%.实验表明，这种互注入锁相方法可以在更高功率条件下运行，是光纤激光相干合成领域一种有前途的新技术. 关键词： 光纤激光器 相干合成 互注入锁相     

光纤激光相控阵相干合成技术研究进展

主要介绍了近年来光纤激光相控阵相干合成技术的发展现状,总结了中国科学院光电技术研究所在这方面的最新研究成果,包括基于振幅调制的光纤激光相控阵相干合成能力优化、光纤激光相控阵实现收发一体相干合成、光纤激光相控阵的目标在回路相干合成、光纤激光相控阵在大气湍流下实现耦合接收光束的共相合束、基于多孔径波前探测的相干合成方法、基于自适应光纤准直器和微透镜阵列的光束大角度高精度连续寻址扫描等。以上研究工作将促进光纤激光相控阵技术朝向更多单元、更高功率、更远距离等方向演进,并推动其与激光大气传输、空间激光通信、自适应光学等理论和应用的结合与发展。     

Experimental investigation of a seven-element hexagonal fiber coherent array

The phase noises of a 10-m polarization-maintaining （PM） fiber and a 10-W PM fiber amplifier are experimentally measured. The results indicate that the 10-m PM fiber with similar phase noise could be used to investigate the architecture of master oscillator power amplifier coherent combination. A seven-element hexagonal fiber coherent array is developed to investigate the far-field distribution and phase controlling technique of a coherently combining fiber laser array. A hexagonal prism is designed as the combining and splitting component to achieve a fill factor of 0.66. The hill climbing method is employed to detect and lock the element phase.     

Coherent beam combining of pulsed fiber lasers with hybrid phase control

We demonstrate a scalable architecture for coherent combining of all-fiber pulsed lasers with hybrid phase control involving passive phasing and active phasing for the first time. Synchronized and passive phased pulsed laser array is built by intra-activity phase modulation. Active phase control on the passive phased pulsed laser array using stochastic parallel gradient descent algorithm provides stable in-phase coherent beam combining pattern in a turbulent atmosphere. The fringe visibility is increased from 0 two 0.43 and the power encircled in the main-lobe is 1.616 times increased when the system evolves from passive phasing to hybrid phasing. The architecture can be easily scaled up to high power by increasing power of each individual laser, number of laser elements and introduction of power amplifiers, which will lead a promising way for scaleable high power coherent beam combining of pulsed lasers.     

全光纤激光阵列主动相位控制技术研究进展

全光纤激光阵列主动相位控制利用全光纤网络实现阵列激光的活塞相位内部探测与控制,具有结构紧凑、无需外部反馈光学器件和易于扩展等优点,是大阵元规模光纤激光相干合成重要发展方向之一。采用全光纤相位探测结构,介绍了全光纤激光阵列主动相位控制技术的系统原理和利用光纤耦合器实现相位锁定的过程,总结了全光纤激光阵列主动相位控制关键技术,通过优化算法实现全光纤激光阵列主动相位控制验证实验。探讨了在全光纤结构主动相位控制中π相位模糊问题及解决方法,给出了利用双波长探测实现消除π相位模糊问题的仿真结果。最后梳理了全光纤激光阵列主动相位控制研究现状,并从路数扩展、功率提升和应用等方面进行了展望。     

高功率光纤激光的时间部分相干性对相干合成的影响

 将多个光纤激光器的输出光束进行相干合成是获得高功率、高光束质量激光的有效途径。利用准部分相干光(PPCB)模型，计算了高功率光纤激光器阵列发出的部分相干光在远场的能量分布，分析了激光的时间部分相干性对相干合成的影响。计算结果表明，随着单根激光器输出光束线宽的增大，远场光斑的图样基本保持不变，但峰值功率和Strehl比随之减小。对于采用的算例，要保证远场光斑的Strehl比大于0.8，单根光纤激光器的线宽不能超过5 nm。     

Experimental demonstration of coherent beam combining over a 7 km propagation path

We demonstrate coherent combining (phase locking) of seven laser beams emerging from an adaptive fiber-collimator array over a 7 km atmospheric propagation path using a target-in-the-loop (TIL) setting. Adaptive control of the piston and the tip and tilt wavefront phase at each fiber-collimator subaperture resulted in automatic focusing of the combined beam onto an unresolved retroreflector target (corner cube) with precompensation of quasi-static and atmospheric turbulence-induced phase aberrations. Both phase locking (piston) and tip-tilt control were performed by maximizing the target-return optical power using iterative stochastic parallel gradient descent (SPGD) techniques. The performance of TIL coherent beam combining and atmospheric mitigation was significantly increased by using an SPGD control variation that accounts for the round-trip propagation delay (delayed SPGD).     

基于低相干光的阵列透镜束匀滑技术研究

基于激光加载的材料状态方程的实验研究对靶面光强分布的均匀性及稳定性提出了极高的要求,靶面光强的上述两大特性在很大程度上决定了实验结果的精度和可重复性.本文针对传统窄带高相干激光装置在激光加载材料状态方程实验中表现出的靶面光强均匀性和光强分布稳定性两方面可能存在的问题,提出了基于宽带低相干激光,利用消衍射阵列透镜联合诱导非相干技术的束匀滑方案,并重点分析了波前相位畸变对靶面不均匀性及稳定性的影响.模拟结果表明,该方法明显降低了靶面不均匀性,提高了对波前相位畸变的包容度,获得了均匀、稳定的光强分布.统计分析显示,焦斑强度分布极差和不均匀性与波前相位畸变均方根梯度相关性较强.因此,可以根据统计结果以及实验对焦斑强度分布的要求,给出波前相位畸变的容差范围,对状态方程实验中激光驱动器参数的设计与优化具有指导意义.     

Synchronization and coherent combining of two pulsed fiber lasers

We demonstrate a scalable architecture for coherent combining of pulsed fiber lasers.A new method for generating synchronous pulsed fiber lasers by direct phase modulation is proposed and investigated.It is shown that phase modulated mutually coupled laser array can be a steady synchronous pulsed fiber laser source.The synchronous pulsed fiber lasers are coherently combined with an invariable phase difference of π in adjacent lasers.Neither active phase control nor polarization control is taken in our experiment.     

Experimental study of cophasing dynamics in passive coherent combining of fiber lasers

We have used a two-channel fiber laser array for the study of cophasing dynamics in a passively locked laser array for coherent combining. Starting from an in-phase laser emission, the array was unbalanced by a short phase perturbation introduced on one arm. The dynamics for recovery of phase locking and recovery of initial power of the laser array have been characterized. Cophasing was found to be quickly restored, in a few cavity rounds, before the gain dynamics brought back the steady-state power.