LD泵浦掺铥(Tm3+)光纤激光器的数值分析

首先从掺铥光纤激光器的速率方程和光传输方程出发，建立数学模型，通过Matlab软件进行数值计算，分析了泵浦光和激光沿光纤的分布以及各能级离子数的变化。在不同掺杂浓度下，研究了小信号增益与入纤泵浦功率的关系以及泵浦光和激光功率与增益介质长度的关系。在不同泵浦功率下，研究了输出功率与输出耦合镜反射率的关系。进一步对不同泵浦吸收系数，研究了斜率效率和泵浦阈值与光纤长度的关系。分析结果表明：存在最佳光纤长度和最佳耦合输出透过率，使得激光输出功率达到最佳值。     

LD泵浦掺镱双包层光纤激光器的理论研究

对线形腔LD泵浦掺镱的双包层光纤激光器进行研究,通过数值模拟,分析了不同泵浦方式下的泵浦光、激光输出功率和增益特性在光纤中的分布。结果表明,单端后向泵浦输出功率率较高,对于小功率光纤激光器则是最佳选择。进一步又研究了单端后向对称泵浦输出功率与光纤长度及腔镜反射率的影响,为提高光纤激光器的输出功率提供了理论和实验依据。     

掺Yb3+双包层光纤激光器的数值分析

 对掺Yb³⁺双包层光纤激光器不同参数情况下的输出功率和增益分布进行了数值模拟，分析了一端泵浦和双端泵浦方式下输出特性的差异，激光沿光纤长度方向的分布，输出功率与光纤长度、腔镜反射率及泵浦功率的关系。结果显示：两端泵浦较一端泵浦增益更加平坦，输出功率也稍高；当泵浦光波长为975nm时，输出激光功率对光纤长度更为敏感，最佳光纤长度相对于泵浦光波长为915nm时短且转化效率高；在大功率长光纤的情况下，光纤有损耗时输出功率随输出腔镜反射率的增加单调地减小，无损耗时输出功率不随输出腔镜反射率变化。     

强泵浦下掺Yb3+双包层光纤激光器输出特性数值分析和实验研究

对强泵浦下线形腔掺Yb3+双包层光纤激光器输出特性进行了理论和实验研究。通过数值模拟,分析了泵浦光及激光在光纤中的分布、输出功率与泵浦功率的关系、光纤长度及腔镜反射率对激光输出功率的影响。在实验中,利用D型掺Yb3+双包层光纤获得了输出功率10 6W的光纤激光输出,斜率效率达86%。测量了在不同输出耦合条件下的输出功率、阈值泵浦功率和斜率效率,理论分析与实验结果基本一致,为进一步提高光纤激光器功率提供了理论和实验依据。     

端面泵浦掺Yb3+双包层光纤激光器

从双包层光纤激光器的速率方程出发，得到了光纤中泵浦光与激光的功率分布、输出功率与泵浦功率的关系、腔镜反射率及光纤长度对输出功率的影响。研究结果表明：输出激光功率与光纤长度及后腔镜反射率有很强的依赖关系，存在一个输出功率最大的最佳光纤长度。后腔镜反射率越大，输出激光功率越小；当光纤长度较短时，在输出端放置反射镜使泵浦光高反射，可以提高输出功率和效率。通过对端面泵浦掺Yb3+双包层光纤激光器进行理论分析和实验研究，得到输出激光的中心波长为1088.3nm，斜率效率为33.7%，最大输出功率为1.75W。     

掺Yb3+双包层光纤激光器的数值分析

本文对976nm激光泵浦掺Yb³⁺双包层光纤激光器进行了数值模拟,分析了泵浦光及激光在光纤中的分布、输出功率与泵浦功率的关系、光纤长度及腔镜反射率对输出激光功率的影响,所得结论与实验现象基本一致.     

自放大结构分布反馈光纤激光器输出特性

在光敏性掺铒光纤上制作了45mm长非对称相移结构光纤光栅,构成前后向功率输出比大于100∶1的分布反馈光纤激光器.利用一定长度的掺铒光纤吸收有源相移光栅后的剩余泵浦光,实现了对前向输出激光信号的放大,并采用OptiSystem软件模拟了掺铒光纤长度与增益的关系.为了保持输出激光的窄线宽和低噪音特性,利用布喇格波长与激光相同的光纤光栅和光纤环行器构成光窄带滤波器,对放大后激光信号的ASE噪音进行滤除.研究表明:所设计的激光器结构充分利用了泵浦光,在300mW的(980nm)泵浦功率下获得了功率为32.5mW,线宽为11.5kHz,相对强度噪音为-87dB/Hz的激光输出.     

掺Er3+飞秒光纤放大器的特性研究

依据二能级速率方程和光传输方程,理论计算了Er3+光纤放大器中Er3+光纤的最佳长度Lc. 以全光纤飞秒激光器输出的孤子脉冲作为种子源,以理论值Lc作为实际采用的光纤长度,实验测量了Er3+光纤放大器在同向泵浦和反向泵浦下信号光的输出功率,得到同向泵浦的增益为20.0dB, 反向泵浦的增益为20.2 dB.同时测量了脉冲宽度随泵浦功率的变化,实验结果表明,随着泵浦功率的增大,输出光脉冲的宽度的压缩效应经历逐渐增强后逐渐减弱的过程.在同向泵浦方式下,可以得到更短的输出脉宽,其最短脉冲宽度为260 fs.     

级联掺磷光纤喇曼激光器的解析优化

讨论了二级级联喇曼光纤激光器的解析解和优化设计.通过引入几何平均功率、增益因子和归一化光纤有效长度,将描述泵浦光和斯托克斯光沿喇曼增益光纤分布的微分方程组简化成代数方程组,在对泵浦光采用线性传播近似后,获得了二级级联喇曼激光器的解析解.所获得的解析解同数值模拟结果吻合得很好.利用该解析解可方便和快速地讨论级联喇曼激光器的优化设计,计算不同泵浦功率下的最佳光纤长度、输出光纤光栅反射率和转换效率.泵谱功率越大,最佳光纤长度越短,最佳输出光纤光栅反射率越小.     

高功率单模Er~(3+)∶Yb~(3+)共掺双包层光纤激光器

给出了单模输出的铒镱共掺双包层光纤激光器(EYDCFL)的数值分析及最新实验结果.基于速率方程及功率传输方程,对单模EYDCFL进行数值分析,从理论上对其性能进行优化.然后,在相同条件下进行了EYDCFL的实验研究.描述了输出激光功率随入纤泵浦功率和光纤长度的变化以及输出激光波长随光纤长度的变化.在光纤长度为6.3m时,获得了波长为1566nm、最大功率为2.2W的单模激光输出,整体光-光转换效率22%,这是目前国内用该类光纤获得的最高单模输出功率.     

Theoretical study of Pr3+:ZBLAN upconversion ultraviolet fiber laser based on 4f5d state

A theoretical study of the kinetics of two-step-excitation upconversion ultraviolet cw fiber laser based on the 4f5d state in Pr3+:ZBLAN is performed using steady population rate equations and light propagation equations. Under different Pr3+ concentrations, the dependence of the threshold pump powers on the other pump power, the variations of laser output power with reflectivity of output coupler, pump powers and fiber length as well as the dependence of the optimum fiber length on pump powers are investigated.The results predict some optimum laser parameters for maximizing output power.     

Theory of Pr:ZBLAN ultraviolet upconversion fiber master oscillator power amplifier

A theoretical study for ultraviolet upconversion fiber master oscillator power amplifier (MOPA) based on the transition from the 4f5d state to the ³H₄ ground state in Pr³⁺:ZBLAN fiber is performed by using steady population rate equations and propagation equations. The variation of the output power with the fiber length of master oscillator and MOPA and the launched pump powers, the dependence of the slope efficiency on the fiber length of master oscillator and MOPA, and the optimum fiber length of MOPA as a function of the launched pump powers, are calculated. Both the output power and the slope efficiency of MOPA are 2-3 times those of the simplex oscillator. It is found that the UV upconversion fiber MOPA system can effectively improve the output power and the slope efficiency of laser.     

A global design of high power Nd-Yb co-doped fiber lasers

A global optimization method - niche hybrid genetic algorithm (NHGA) based on fitness sharing and elite replacement is applied to optimize Nd³⁺-Yb³⁺ co-doped fiber lasers (NYDFLs) for obtaining maximum signal output power. With a objective function and different pumping powers, five critical parameters (the fiber length, L; the proportion of pump power for pumping Nd³⁺, η; Nd³⁺ and Yb³⁺ concentrations, N_Nd and N_Yb and output mirror reflectivity, R_out) of the given NYDFLs are optimized by solving the rate and power propagation equations. Results show that dividing equally the input pump power among 808 nm (Nd³⁺) and 940 nm (Yb³⁺) is not an optimal choice and the pump power of Nd³⁺ ions should be kept around 10-13.78% of the total pump power. Three optimal schemes are obtained by NHGA and the highest slope efficiency of the laser is able to reach 80.1%.     

高功率双包层光纤激光器受激拉曼散射和热效应的理论研究

 受激拉曼散射和热效应会限制光纤激光器功率的提高。利用高功率光纤激光器的速率方程和热传导方程，理论研究了双端泵浦和分布泵浦下双包层光纤激光器的受激拉曼散射和热效应，得到了光纤中的泵浦光、激光和斯托克斯光的功率分布，光纤激光器的输出特性以及光纤中的温度分布。分析表明，当泵浦功率增大到一定值时，光纤激光器中出现SRS，一部分激光功率会转移给斯托克斯光，影响激光功率进一步提高;与双端泵浦方式相比，分布泵浦下光纤激光器的斜率效率和最大输出功率相差不大，但是，光纤中的温度分布被有效地降低，因此，分布泵浦方式更为有效。     

1137 nm长波掺镱光纤激光器的出光实验

分别使用976 nm半导体激光器和1040 nm光纤激光器作为泵浦源,实现了1137 nm长波光纤激光器的出光,输出功率均超过百mW。激光器采用相同的线性腔结构,高反光栅和低反光栅的反射率分别为99.6%和39.7%,增益介质是一段8 m长的掺镱光纤,纤芯直径5 m。当976 nm半导体泵浦功率为912 mW时,1137 nm激光输出功率为182 mW,对应的斜率效率为28.5%;当1040 nm激光功率为1.59 W时,输出的1137 nm激光功率为278 mW,斜率效率约为25%。在此基础上对两种泵浦方式进行了对比分析。     

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.