相位调制信号对窄线宽光纤放大器线宽特性和受激布里渊散射阈值的影响

高功率窄线宽光纤放大器的输出功率主要受限于受激布里渊散射(SBS)效应,通过相位调制进行线宽展宽可以有效抑制SBS效应.基于窄线宽光纤放大器中的SBS动力学模型,研究了正弦信号、白噪声信号和伪随机编码信号(PRBS)对窄线宽光纤放大器光谱特性与SBS阈值的影响.研究发现,采用不同信号进行相位调制时,调制频率和调制深度等参数对调制后激光光谱的谱线间隔、谱线数目与光谱平整度的影响存在较大差异,进而影响放大器的线宽特性和SBS阈值.通过对比分析,给出了调制信号的类型选择和参数优化原则,能够为窄线宽光纤放大器的相位调制系统设计提供参考.     

S波段光纤拉曼放大器中级联受激布里渊散射串扰的实验研究

研究了光纤激光器前向抽运的S波段分布式光纤拉曼放大器中级联的受激布里渊散射(SBS)串扰现象。用窄光谱带宽(<100MHz)的可调谐激光二极管作为信号源,通过S波段分布式光纤拉曼放大器,当被放大的信号功率超过单模光纤受激布里渊散射的阈值时,出现了前向受激布里渊散射,这是传导声波布里渊散射在光纤放大器中放大的现象。随着拉曼放大器抽运功率的提高,在斯托克斯区,出现了两阶受激布里渊散射线,在实验中观测到偶数阶的受激布里渊散射谱线功率大于奇数阶的布里渊一瑞利散射线。当进一步增加拉曼放大器的抽运功率,出现了前向级联的多阶受激布里渊散射现象,拉曼放大器的增益下降,被放大的信号功率转换为受激布里渊散射,噪声变大。受激布里渊散射的串扰破坏了拉曼放大器的特性,使拉曼放大器无法在密集波分复用光纤传输系统中使用,因此需要严格地控制入纤的信号功率和放大器的抽运功率。在实验中还观测到在光纤拉曼放大器中被放大的信号光和受激布里渊散射线两侧的伴线。     

1.5μm光纤气体拉曼激光光源EI北大核心CSCD

报道了基于空芯光纤中气体受激拉曼散射效应的1.5μm波段光纤激光实验.利用高峰值功率、窄线宽、亚纳秒量级的1064nm微芯激光抽运一段充高压乙烷气体的空芯光纤.通过乙烷气体分子的受激拉曼散射,获得了1553nm的激光输出,峰值功率达到16.6kW,线宽小于0.2nm,脉宽约为435ps.该功率水平是目前在掺铒光纤中获得的最高峰值功率的4倍以上.该研究为同时实现高峰值功率和窄线宽的1.5μm波段光纤激光提供了一条新的技术途径.     

三倍频Nd∶YAG激光抽运氧气中的受激拉曼和布里渊散射

报道了三倍频脉冲Nd∶YAG激光(355 nm)在两种不同带宽模式下抽运氧气中受激拉曼散射(SRS)和受激布里渊散射(SBS)的实验研究。在宽带(约1 cm-1)抽运模式下,只测到了前向受激拉曼散射,而没有观察到后向散射,其一级和二级斯托克斯最大能量转换效率可达22%和8%。在窄带(约0.003 cm-1)模式下,前向、后向受激拉曼散射和受激布里渊散射都测量到了,但大部分抽运能量都转换到受激布里渊散射,其转换效率可达67%。测量了两种带宽模式下各散射组分在它们最佳转换时的波形;窄带情况下后向受激拉曼散射和受激布里渊散射的脉宽分别可压窄至1.5 ns和2.3 ns,不到抽运脉宽的三分之一,使得受激布里渊散射峰值功率可大大高于抽运功率。对氧气中前向、后向受激拉曼散射和受激布里渊散射之间的竞争进行了讨论。     

三倍频Nd:YAG激光抽运氧气中的受激拉曼和布里渊散射

报道了三倍频脉冲Nd：YAG激光（355nm）在两种不同带宽模式下抽运氧气中受激拉曼散射（SRS）和受激布里渊散射（SBS）的实验研究。在宽带（约1cm^-1）抽运模式下,只测到了前向受激拉曼散射,而没有观察到后向散射,其一级和二级斯托克斯最大能量转换效率可达22％和8％。在窄带（约0．003cm^-1）模式下,前向、后向受激拉曼散射和受激布里渊散射都测量到了,但大部分抽运能量都转换到受激布里渊散射,其转换效率可达67％。测量了两种带宽模式下各散射组分在它们最佳转换时的波形;窄带情况下后向受激拉曼散射和受激布里渊散射的脉宽分别可压窄至1．5ns和2．3ns,不到抽运脉宽的三分之一,使得受激布里渊散射峰值功率可大大高于抽运功率。对氧气中前向、后向受激拉曼散射和受激布里渊散射之间的竞争进行了讨论。     

Au纳米粒子增强丙酮受激拉曼散射研究

受激拉曼散射(stimulated Raman scattering,SRS)具有激光的特性,并且容易获取不同波长的激光,从而成为调谐激光频率的重要途径之一。然而,由于其转化效率低,限制了它的实际应用。金属纳米粒子具有很强的表面增强效应,曾被广泛地用于增强拉曼散射而获得良好的效果。本文提出将金属纳米粒子的这种性质用于增强SRS。把Au纳米粒子混合于拉曼介质丙酮中,以532nm的纳秒脉冲激光作为激发光,研究了Au纳米粒子在丙酮中的浓度对丙酮SRS一阶Stokes光强的影响,并通过仿真计算对实验结果进行了解释和分析。     

脉冲抽运掺镱脉冲光纤放大器理论研究

对主振荡功率放大器(MOPA)方式脉冲抽运双包层掺镱脉冲光纤放大器进行了理论研究,分析了放大中抽运脉冲、激光脉冲和拉曼斯托克斯光脉冲的相互作用过程.对增益光纤中上能级粒子数密度随抽运时间的变化进行了分析,求出了最佳抽运脉冲宽度.随着抽运功率的增加,放大过程中出现的受激拉曼效应(SRS)将抑制激光脉冲能量的增加,当采用最佳抽运功率时激光脉冲的能量可达到最大值.分析了光纤长度、纤芯直径对最佳抽运功率、激光脉冲和一级斯托克斯光脉冲的影响.结果表明,当最佳抽运功率时,采用纤芯较粗、长度较短的增益光纤,可以抑制受激拉曼效应,提高激光脉冲的能量与峰值功率.     

1.06kW 13GHz线宽全光纤激光器

分析了高功率光纤激光器中受激布里渊散射(SBS)效应的抑制方法。研究表明,利用宽带噪声源高速相位调制展宽光谱的方法对于抑制SBS十分有效,可实现kW级用于光谱组束的数10GHz高功率光纤激光子束。通过理论计算线宽与SBS阈值的关系,并分析噪声相位调制各参数对SBS阈值提升的影响,优化了光纤激光器设计参数。通过宽带噪声高速相位调制的方法,展宽单频种子源线宽至13GHz,通过两级预放大至10 W后,使用20/400μm掺Yb光纤最终实现了中心波长1064nm、线宽13GHz、最高功率1.06kW的激光输出,光束质量M21.2,光-光转换效率86%,实验过程未观测到模式不稳定性现象。进一步扩宽噪声源频带,加大调制深度,有望实现更高功率的窄线宽光纤激光输出。     

光纤放大器受激布里渊散射效应抑制

提出了一种多波长窄线宽光纤放大器,其种子光由多个单频激光耦合而成,所有单频激光波长几乎相等（波长间隔小于1 nm）,频率间隔大于两倍布里渊频移。建立了此类多波长窄线宽光纤放大器的完整理论模型,分析了放大器中受激布里渊散射（SBS）与种子数目的关系。搭建了双波长和三波长窄线宽光纤放大器,进行SBS阈值输出功率测定实验。实验结果与理论模拟结果基本一致,验证了理论模型的合理性;双波长和三波长放大可以有效抑制SBS效应,大幅提高放大器输出功率。     

非线性光纤环镜在受激布里渊散射慢光级联系统中的可行性研究

基于非线性光纤环镜(NOLM)的脉冲压缩特性,分析了NOLM在基于受激布里渊散射(SBS)慢光级联系统中对延迟脉冲的影响.利用环形结构来模拟多次级联,有效地降低了系统的复杂度,得到了在不同抽运光功率和级联次数下脉冲的延迟输出特性.理论分析表明,NOLM可以有效地抑制SBS慢光级联系统中延迟脉冲的展宽,抽运光功率决定了展宽因子的变化趋势及最终稳定值的大小,展宽因子在级联4次时趋于稳定值,恰当选取抽运光功率可实现脉冲的零展宽延迟;改变抽运光功率和级联次数可以实现延迟量的连续可调,且延迟量理论上不受限制;增大抽 关键词： 慢光 脉冲压缩 非线性光纤环镜 受激布里渊散射     

窄线宽脉冲光纤激光的自相位调制预补偿研究

自相位调制(SPM)效应会展宽窄线宽脉冲光纤激光的光谱宽度,降低其相干性.通过相位调制对SPM引起的非线性相移进行预补偿,能够使脉冲激光在光纤中进行放大和传输后保持种子激光的光谱特性.基于三波耦合方程开展数值仿真,研究了在对SPM进行"欠补偿","完全补偿"和"过补偿"的情况下,SPM预补偿对受激布里渊散射阈值和激光光谱特性的影响.开展了SPM预补偿实验研究,将脉冲激光的光谱宽度从1.4 GHz压缩到120 MHz.研究内容可以为窄线宽脉冲光纤激光系统的设计搭建提供参考.     

水中受激拉曼散射的能量增强及受激布里渊散射的光学抑制

为提高液体介质中受激拉曼散射的输出能量,提出了通过温度调控来抑制受激布里渊散射的方法,设计了532 nm多纵模宽带脉冲激光泵浦的受激拉曼散射发生系统,测量了不同温度下水中前向受激拉曼散射及后向受激布里渊散射的输出能量,分析了水温、泵浦激光线宽及热散焦效应对受激拉曼散射输出能量影响的物理机制.实验结果表明:通过降低水温可实现对受激布里渊散射过程的有效抑制,同时减小热散焦效应带来的光束畸变,从而有效提高受激拉曼散射的输出能量.研究结果对液体介质中的受激拉曼散射多波长转换具有重要意义.     

Numerical analysis of stimulated inelastic scatterings in ytterbium-doped double-clad fiber amplifier with multi-ns-duration and multi-hundred-kW peak-power output

We investigate the stimulated Brillouin scattering (SBS) and the stimulated Raman scattering (SRS) in an ytterbium-doped double-clad fiber amplifier that outputs optical pulses with multi-ns-duration and multi-hundred-kW peak-power. The ytterbium-doped double-clad fiber amplifier is simulated by a model which is composed of a set of propagation-rate equations. The simulated results show that SBS and SRS will deform the output signal pulse in both the time domain and the spectral domain, and degrade the performance of the ytterbium-doped double-clad fiber amplifier seriously. It is shown in our simulation that the troublesome SBS can be effectively suppressed by broadening the signal linewidth to a critical value of 0.07 nm in our calculation, and the effect of SRS can be suppressed using a large-mode-area fiber with proper length. The model and the simulated results are very useful for designing an ultra-high-power ytterbium-doped double-clad fiber amplifier.     

光纤放大器中的受激布里渊散射阈值

 从受激布里渊散射(SBS)耦合波理论出发,根据双包层光纤放大器中的受激布里渊散射阈值模型,理论仿真了信号带宽、纤芯直径、放大器增益对SBS阈值的影响,并从实验上研究了单频百纳秒脉冲信号在掺镱双包层光纤放大器中的受激布里渊散射现象。实验中输入脉冲信号重复频率1 Hz,脉宽200 ns,对不同的输入脉冲信号放大,前向放大脉冲在脉冲能量660 nJ、峰值功率3.3 W时出现畸变,产生后向SBS窄脉冲,达到了SBS阈值,实验计算的SBS阈值与理论分析结果基本一致。     

The 266-nm ultraviolet-beam generation of all-fiberized super-large-mode-area narrow-linewidth nanosecond amplifier with tunable pulse width and repetition rate

We report on a compact, stable, all-fiberized narrow-linewidth (0.045 nm) pulsed laser source emitting laser beam with a wavelength of 266 nm, and tunable pulse width and repetition rate. The system is based on all-fiberized nanosecond amplifier architecture, which consists of Yb-doped fiber preamplifiers and a super-large-mode-area Yb-doped fiber power amplifier. The fiber amplifier with a core of 50 μ is used to raise the threshold of the stimulated Brillouin scattering (SBS) effect and to obtain high output power and single pulse energy. Using lithium triborate (LBO) crystal and beta-barium borate (BBO) crystal for realizing the second-harmonic generation (SHG) and fourth-harmonic generation (FHG), we achieve 17 μJ (1.73 W) and 0.66 μJ (66 mW), respectively, at wavelengths of 532 nm and 266 nm and a repetition rate of 100 kHz with pulse width of 4 ns. This source has great potential applications in fluorescence research and solar-blind ultraviolet optical communication.     

A 168-W high-power single-frequency amplifier in an all-fiber configuration

We present a high-power, single-frequency, narrow linewidth fiber amplifier based on master oscillator power amplification chains in an all-fiber configuration. The effect of the delivery fiber on the maximum output power is studied. A home-made 1064-nm seed laser with a 20-kHz linewidth is boosted to 129 W, and limited by stimulated Brillouin scattering (SBS) when the delivery fiber is 1.2 m long. By shortening the delivery fiber length to 0.7 m, the SBS threshold is increased efficiently and the maximum output power rises to 168 W with an 82.9% power conversion efficiency. The experimental results indicate that the output power can be further raised by shortening the delivery fiber length and increasing the pump power.