高功率全光纤光载微波信号功率放大器

为获得可应用于光载微波雷达系统的高功率双频激光源,用1 064nm窄线宽Nd∶YAG单块非平面环形腔激光器作为单频种子源,其输出分为两路,一路直接耦合入光纤,另一路经声光移频,与未移频的光束合束后获得中心频差为150 MHz、功率为20mW的双频激光.利用以半导体激光泵浦和掺Yb3+石英光纤为增益介质的3级主振荡功率放大系统对双频固体激光器输出的双频激光进行放大,获得50.3W的双频放大输出,光束质量因子为1.30,第三级主放大斜效率为74%.双频成分的幅度比、频差在放大过程中得到保持,拍频调制深度及信噪比等特性也未有恶化.双频光纤功率放大器在频差稳定和高功率输出等方面均有良好的表现.     

高功率可调谐双频激光全光纤放大实验研究

基于全光纤以及主控振荡功率放大器,设计并搭建了一套扫频范围为125~165 MHz的拍频信号的放大系统。并设计了一套基于1064nm的Nd:YAG单块非平面环形腔激光器作为单频种子源。通过声光移频的方式将1064nm单频激光分成中心频差为150 MHz的两束激光进行拍频。双频激光初始功率为50mW,通过放大系统将双频功率放大到10W。通过实验及分析得出两束频差为150MHz的激光功率比率在放大之后保持不变,且经过放大的激光信号中,拍频信号所占的功率成分可以通过调节双频功率比以及单臂分量的偏正态来获得最大输出。同时对拍频信号的信噪比及线宽进行了实验分析。     

MgO∶PPLN级联倍频实现高转换效率强度调制532nm激光

利用单块非平面环形腔单频激光器和声光移频器,获得了输出功率为10 mW的1064 nm双频激光,拍频调谐范围为125～175 MHz。采用光纤功率放大器可将1064 nm双频激光的功率放大到10 W。为了提高倍频效率,采用两块长度为15 mm的MgO∶PPLN晶体,获得功率为2.26 W的强度调制绿色激光,最高倍频效率为24.5%。当基频光的频差为150 MHz时,得到的绿光拍频分别为150 MHz和300 MHz,2 min拍频稳定性分别是2.7 Hz和5.3 Hz。     

单频纳秒脉冲全光纤激光器实现300 W平均功率输出

搭建了一台主振荡功率放大（MOPA）结构的单频脉冲全光纤激光器。通过对线宽为 20 kHz 的连续单频激光器进行强度调制,获得了重复频率 10 MHz、脉宽约 8 ns、平均功率约 0.5 mW 的单频脉冲种子激光。采用多级掺镱光纤放大器对脉冲种子激光进行级联放大,获得了平均功率 300.8 W 的高功率激光输出。目前,激光器输出功率仅受限于泵浦功率,有望通过增加泵浦功率进一步提高输出功率。     

主振荡功率放大结构窄线宽全光纤激光器334 W高功率输出

 搭建了一台全光纤结构的窄线宽高功率掺镱光纤激光器。种子激光的输出功率大于40 mW,线宽窄于100 MHz。采用主振荡功率放大结构三级放大,主放泵浦功率为405 W时得到了334 W的窄线宽高功率激光输出,光光转换效率为82.4%。目前,激光器输出功率仅受限于泵浦功率,增加有效泵浦功率即有望进一步提高输出功率。     

100 W级全光纤化线偏振单频光纤放大器

报道了一种基于主振荡功率放大结构的全光纤化1064 mm线偏振单频光纤放大器。种子源是一个线宽约为3 kHz的单频光纤激光器。输出功率为50 mW的种子激光经两级掺Yb保偏双包层光纤(光纤纤芯直径分别为10 μm和20 μm)和一级手性耦合纤芯增益光纤放大后,最终获得了输出功率138 W、光束质量M2≤1.2、偏振消光比优于18 dB的高功率单频光纤激光输出。在脉冲调制模式下,获得了峰值功率465 W、脉宽宽度约为500 μs的线偏振单频光纤激光输出。     

用于光生毫米波的双频激光放大特性

采用激光二极管端面抽运的双纵模Nd∶YVO4微片激光器作为种子光源,双端面抽运的Nd∶YVO4行波放大器作为功率放大器,获得了大频差、高功率双频激光信号输出。分析了放大过程中光谱匹配对双频激光输出特性的影响。结果表明,随种子光入射功率从小到大变化,放大倍率呈起伏减小的趋势;受到放大器增益带宽的限制,放大后双频激光频差小于种子光频差。当种子源和放大器的抽运电流分别为14.5A和40.0A时,最终获得了功率为2.38 W,频差为47.7GHz的双频激光信号输出。     

1064nm超短腔DBR单频掺镱硅酸盐光纤激光器

提出了一种基于高掺杂硅酸盐增益光纤、输出波长为1 064nm的超短腔单频光纤激光器.该单频光纤激光器采用分布布拉格反射式腔型结构,有效腔长为2cm,其增益介质为1.1cm长的高浓度掺Yb3+光纤.通过恰当的温度控制,获得了线宽为4.8kHz的稳定单频激光输出.当注入泵浦光为378mW时,输出功率为13mW,斜效率为3.4%.在频率大于1 MHz时,测得该光纤激光器的相对噪声强度值约为-132dB/Hz.采用主振荡功率放大结构,对该单频光纤激光器的输出功率进行放大.当放大增益光纤长度选取为56cm时,得到了325mW的最大输出功率,其斜效率为52.8%.     

100W全光纤化高重频窄脉宽光纤激光器

报道了一种基于主振荡功率放大结构工作的全光纤化高重复频率窄脉冲宽度光纤激光器.种子源是一个直接电脉冲调制的1 063 nm光纤耦合输出半导体激光器.为了抑制放大器中产生的放大自发辐射光,将种子激光的脉冲波形调制为二阶超高斯型.峰值功率为950 mW的半导体激光器经过2级大模场掺镱双包层光纤放大器(纤芯分别为10μm和30μm)功率放大后,最终获得了平均功率为101 W、重复频率为200 kHz、脉冲宽度为14.77 ns、峰值功率为34.2 kW、3 dB光谱宽度为0.261 nm、光束质量M~2为1.17的脉冲激光输出.与传统的纳秒级脉冲光纤激光器相比,该激光器峰值功率高、光束质量优、光谱宽度窄、结构简单,可广泛应用于激光雷达、遥感探测、倍频和光参量震荡等领域.     

耦合腔结构可调谐双频固体激光器的研究

研究了一种激光二极管(LD)抽运的频差可调谐双频固体激光器,对耦合腔实现双频的方法进行了分析。实验中使用输入镜与腔内插入标准具形成耦合腔实现单频运转,双λ/4波片使单纵模激光频率分裂,通过改变两个λ/4波片快轴之间的夹角来实现频差调谐。在LD抽运光功率为290mW的条件下,获得了频差在0～1.1GHz范围内可调、功率为34mW的双频激光输出。     

Nd:YVO₄ amplifier for ultrafast low-power lasers

An Nd:YVO₄ amplifier consisting of two modules end pumped at 808?nm at 30?W total absorbed power has been designed for efficient, diffraction-limited amplification of ultrafast pulses from low-power seeders. We investigated amplification with a 50?mW, 7?ps Nd:YVO₄ oscillator, a 2?mW, 15?ps Yb fiber laser, and a 30?mW, 300?fs Nd:glass laser. Output power as high as 9.5?W with 8?ps pulses was achieved with the 250?MHz vanadate seeder, whereas the 20?MHz fiber laser was amplified to 6?W. The femtosecond seeder allowed extracting Fourier-limited 4?ps pulses at 7?W output power. To our knowledge, these are the shortest pulses from any Nd:YVO₄ laser device with at least 7?W output power. This suggests a novel approach to exploit the gain bandwidth of vanadate amplifiers with high output power levels. Such amplifier technology promises to offer an interesting alternative to high-power thin disk oscillators at few picoseconds duration, as well as to regenerative amplifiers with low-repetition-rate fiber seeders.     

国产光纤实现同带抽运3000W激光输出

同带抽运是目前实现高功率光纤激光器的有效手段.本文基于同带抽运方式,以国产25/250μm掺镱双包层光纤为增益光纤,构建了全光纤化的主控振荡器功率放大器.实验中采用的国产光纤是中国电子科技集团公司第四十六研究所采用化学气相沉积结合气相-液相复合掺杂工艺制备的,其Yb~(3+)离子的分布更均匀,吸收截面更大,吸收系数更高.实验中,在种子光功率为67.8 W、抽运总功率为3511 W的条件下,实现了3079 W的激光输出,斜效率为85.9%,光束质量M~2约为2.14,3dB带宽为1.4nm,这是目前基于国产光纤同带抽运方式实现的最高功率.理论和实验结果表明国产光纤制备技术不断成熟,已经具备承受高功率输出的能力.继续提高抽运功率,优化增益光纤长度,改良散热方式,国产光纤有望实现更高功率的激光输出.     

1μm全光纤MOPA结构激光器输出特性研究

主振荡功率放大（main oscillation power amplification, MOPA）结构由于其光束质量良好和参数可调的优点,已成为高功率光纤激光器的主流设计之一。为了改善高功率掺镱光纤激光器（ytterbium-doped fiber laser, YDFL）的输出性能,提高系统的光-光转换效率,文中报道了一台基于915 nm泵浦激光器和双包层掺镱光纤（ytterbium-doped fiber, YDF）的MOPA结构全光纤高功率激光器。该高功率光纤激光器由电调制激光二极管（laser diode, LD）泵浦的种子激光器和掺镱光纤放大器（ytterbium-doped fiber amplifier, YDFA）组成。连续光（continuous wave, CW）工作模式下,激光种子源经过YDFA后,实现了中心波长为1 069.96 nm的激光输出,最大平均输出功率可达945.9 W,MOPA激光器整机的斜率效率高达74.12%,具有良好的稳健性。该研究方案对研制高功率MOPA光纤激光器具有参考意义。     

122-W high-power single-frequency MOPA fiber laser in all-fiber format

We demonstrate a high-power single-frequency master oscillator power amplifier (MOPA) fiber laser.The central wavelength of the single-frequency fiber laser seed is 1 063.8 nm,with a linewidth narrower than 20 kHz and output power of 120 mW.By using two-stage amplification,a single-frequency fiber laser with an output power of 122 W is obtained,and the optical-optical conversion efficiency is 72%.No significant amplified spontaneous emission (ASE) or stimulated Brillouin scattering (SBS) is observed.The output power can be further increased by launching more pump power.     

光纤激光泵浦周期极化晶体双波段激光器

针对激光定向干扰系统要求对抗1 m ~3 m和3 m ~5 m 2种类型探测器,需要输出相应2种波段激光,通过高重频调Q技术和种子注入光放大技术,获得高功率高光束质量1.06 m光纤激光输出,外置起偏器获得2束激光输出,分别为泵浦周期极化钽酸锂和周期极化铌酸锂晶体,实现高功率1 m ~3 m 和3 m ~5 m激光输出。在电源输入电流60 A,调Q驱动频率50 kHz的条件下,获得最高功率7.5 W的2 m激光和4.2 W的3.9 m激光,频率转换效率为39.5%。实验结果表明:通过光纤激光器泵浦光参量振荡器,可获得高功率1 m ~3 m和3 m ~5 m双波段激光输出。     

高重复频率飞秒掺镱光纤放大器

 数值分析了掺镱单模光纤放大器的最佳增益光纤长度，并在实验上对掺镱单模光纤放大器和光栅对压缩器进行了研究。以最大平均输出功率为7 mW、重复频率为25.4 MHz、脉宽为56 ps的被动锁模环形腔掺镱光纤激光器作为种子脉冲，用250 mW的976 nm单模半导体激光器分别泵浦3种不同长度的掺镱单模光纤，对种子光进行放大，并用光栅对压缩器对放大后的脉冲在不同光栅距离上进行了压缩实验研究。当掺镱单模光纤长度为1.2 m时得到了较好的放大效果，种子脉冲被放大到140 mW，相应的增益为13 dB，放大后的单脉冲能量为5.5 nJ。在光栅距离为14.1 cm时获得了最短440 fs的脉冲，压缩后的功率为43 mW，相应的峰值功率为3.8 kW。     

1550 nm飞秒脉冲自相似光纤放大仿真模拟EI北大核心CSCD

针对全光纤的超短脉冲掺铒光纤放大器进行了仿真模拟,对正常色散条件下掺铒光纤自相似脉冲放大过程进行了详细分析。在光纤预放大器中,使用高正色散掺铒光纤对脉冲形状进行预整形,将重复频率43 MHz、脉冲宽度600 fs、平均输出功率1.2 mW的孤子型锁模脉冲预整形为抛物线型脉冲,预整形后的脉冲通过光纤主放大器进行功率放大。经两级光纤放大后,1.2 mW的信号光功率放大为102 mW,放大增益19.3 dB。分析了掺铒光纤长度、放大功率对脉冲自相似演化过程的影响。放大后的脉冲经4.4 m长单模光纤将脉冲宽度压缩至53 fs,峰值功率为44.8 kW。     

基于低非线性系数光子晶体光纤的全光纤高效超连续谱光源

 报道了一种基于低非线性系数光子晶体光纤的全光纤高效率超连续谱产生系统。将光纤锁模激光器输出的脉宽5 ps、重复频率20 MHz、平均功率50 mW的脉冲,输入到15 μm的大模场光纤中进行放大,通过与两级芯径较小的短光纤模场匹配缩小输出的模场直径后,输入到20 m低非线性系数的光子晶体光纤,获得的超连续谱波长覆盖范围宽于650～1 700 nm。输入光子晶体光纤的泵浦光功率为740 mW,输出超连续光功率为670 mW,转换效率大于90%。实验研究了超连续光谱展宽的过程,从理论上进行了分析解释。