多芯光子晶体光纤优化掺杂分布实现同相位超模输出

本文基于多横模运转的传输速率方程,建立了多芯光子晶体光纤放大器的数值模型.利用分步傅里叶方法,分析了掺杂浓度分布、耦合强度、抽运功率对于放大器各模式输出功率的影响.通过对多芯光子晶体光纤掺杂浓度的阶梯设计和纤芯间耦合强度的优化,实现了无需插入其他外加元件,利用光纤本身特性就可以实现选定同相位超模的方法,并且数值计算表明高抽运功率也能够提高放大器输出同相位超模的比例,进一步优化了多芯光子晶体光纤放大器输出脉冲的光束质量.     

两个光纤激光器的相干合成及其闭环控制

 采用了并联主振荡-功率放大的相干合成方案，实现了光纤激光器的相干叠加。主振荡的输出光通过保偏光纤分束器分为两路，其中一路加入保偏光纤相位调制器以实现闭环控制，两个保偏光纤放大器分别对两路输出光进行放大，放大后的输出光再由一个2×2的保偏光纤耦合器会聚相干。合成输出光的一部分通过光电转换后进入数据采集卡，采集卡将采集到的数据送入计算机进行实时处理并将得到的反馈信号作用于相位调制器，相位调制器实时控制两路信号的相位差，从而实现整个实验系统的相干合成输出。系统实现闭环控制后，两路光纤放大器的相位差为2π的整数倍，输出光强始终保持最强。该相干合成方案简单易行，性能稳定。     

掺钕保偏光纤放大器的研究

对掺钕双包层光纤放大器中抽运光和信号光沿光纤传播的功率分布进行了数值模拟,以808nm半导体激光器为抽运源,掺钕双包层保偏光纤为增益介质,对种子注入主振荡光纤放大器进行了理论分析和实验研究.利用实验室自制的皮秒锁模激光器为种子源,注入1064nm皮秒锁模脉冲,获得了稳定的放大脉冲.小信号时的放大倍数为300（增益为25dB）,获得了平均功率5W的皮秒脉冲.同时利用TDS5104型示波器探测信号光放大前后的波形,并用光谱分析仪得到输出脉冲激光的光谱图. 关键词： 光纤放大器 掺钕保偏光纤 种子注入 反向抽运     

同带抽运高效率光纤放大器

以光纤光栅为谐振腔搭建了波长为1020 nm的光纤激光器,并通过两级级联放大获得了590 mW的最大输出功率. 利用获得的波长为1020 nm的激光进行了波长为1064 nm种子光同带抽运放大,实验研究了不同增益光纤长度时放大器的输出功率和转换效率. 当增益光纤长度为8.5 m时,放大器最大输出功率为385 mW,斜率效率为81%. 进行了波长为976 nm的半导体激光器直接抽运波长为1064 nm种子光的实验. 在增益光纤长度最优时,其斜率效率为56.4%. 实验结果表明,同带抽运方式比传统抽运方式具有更高的转换效率. 研究结果可为波长为1020 nm的激光高功率放大和波长为1064 nm的光纤激光高功率同带抽运放大提供一定的参考. 关键词： 同带抽运 光纤放大器 斜率效率     

光纤参变放大器光纤长度的优化设计

随着高输出功率掺铒光纤放大器和高非线性光纤的出现和使用,光纤参变放大器(OPAs)中出现了越来越多的增益饱和现象,这是光放大器中应该尽量避免的。对此,提出了依据光纤参变放大器的光纤非线性系数、抽运光功率、信号输入功率等参量对光纤长度进行优化设计的解决思路。明确提出最佳光纤长度的概念,即在其他参量一定的情况下使信号增益或信号输出功率达到最大所需的最小光纤长度,而且最佳光纤长度有利于提高光纤参变放大的增益带宽和波长转换带宽。通过数值积分求解描述光纤参变放大过程的非线性耦合方程,并运用控制变量法深入研究了最佳光纤长度与光纤非线性系数、抽运光功率、信号输入功率的关系。最后用最小二乘法进行数据拟合确定系数,得到简洁、实用的最佳光纤长度解析表达式。与已有实验结果比较表明,该解析式可很好地用来计算和优化光纤参变放大的光纤长度。     

高功率掺铥光纤激光器及其在生物组织切割中的应用EI北大核心CSCD

搭建了一个连续波高功率掺铥光纤激光器,并进行了生物组织切割研究。利用自制光纤光栅搭建了线形腔掺铥光纤激光种子源,种子源输出波长为1941.10 nm,光信噪比为75 dB,50 min内的波长抖动和功率抖动分别小于0.04 nm和0.265 dB,斜率效率和最大输出功率分别为5.6%和186 mW。基于主振荡功率放大结构,分别搭建了前置光放大器和主光放大器,两放大器的斜率效率分别为14.3%和35.86%,经过两级放大后得到21.9 W的激光输出。利用经光束整形后的激光光束进行了生物组织切割实验。设计了多组实验观察该激光器在不同功率和移动速度情况下,切割深度的变化情况。实验表明该掺铥光纤激光器具有良好的切割作用,在生物医学领域具有应用潜力。     

高功率掺铥光纤激光器及其在生物组织切割中的应用

搭建了一个连续波高功率掺铥光纤激光器,并进行了生物组织切割研究。利用自制光纤光栅搭建了线形腔掺铥光纤激光种子源,种子源输出波长为1 941.10 nm,光信噪比为75 dB,50 min内的波长抖动和功率抖动分别小于0.04 nm和0.265 dB,斜率效率和最大输出功率分别为5.6%和186 mW。基于主振荡功率放大结构,分别搭建了前置光放大器和主光放大器,两放大器的斜率效率分别为14.3%和35.86%,经过两级放大后得到21.9 W的激光输出。利用经光束整形后的激光光束进行了生物组织切割实验。设计了多组实验观察该激光器在不同功率和移动速度情况下,切割深度的变化情况。实验表明该掺铥光纤激光器具有良好的切割作用,在生物医学领域具有应用潜力。     

基于MOPA结构的1120nm掺Yb光纤放大器

基于主振荡功率放大器,采用1120nm光纤激光器作为种子激光,将其注入20m大模场面积单模双包层掺Yb光纤放大器,并用976nm半导体激光器泵浦实现了1 120nm信号光输出.实验中将注入种子激光功率预设为10mW,当半导体激光器泵浦功率增大至1.5 W时,放大器系统开始输出1 120nm信号光.当泵浦功率低于3.4W时,信号光功率随泵浦功率缓慢增长,系统斜率效率较低;而当泵浦功率高于3.4W时,信号光功率随泵浦功率线性增长,斜率效率明显增大,达到48.5%.限于最大注入泵浦功率为6.8W,放大器输出最高1 120nm信号光功率为1.97W,总的光-光转化效率为29%.输出信号光中心波长为1 120.89nm,线宽为0.02nm,极好地保持了种子激光的特性.结合实验情况,利用双包层光纤放大器的稳态理论模型,采用有限差分方法模拟了放大器输出信号光功率随泵浦光功率的变化曲线,结果显示理论模拟所得变化趋势与实验结果吻合良好,系统将在泵浦功率达到200W左右时达到饱和状态,说明目前光纤放大器系统具有很大的功率提升空间.     

基于高非线性光纤的增益谱平坦拉曼光纤放大器研究

针对光纤通信中密集波分复用系统各信道的在线平坦光放大这一光通信问题,提出利用级联高非线性光纤来设计增益平坦的拉曼光纤放大器。对高非线性光纤(As S光纤)拉曼增益谱前后沿进行线性拟合处理,利用不同波长泵浦抽运同种光纤,实现前放大后增益补偿,并考虑信号光损耗不同,在输出端得到了一个近似固定的功率输出值,并分析了影响拉曼光纤放大器输出特性的因素。模拟结果表明:平均增益为20.45 dB,增益平坦度为0.15 dB。     

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.     

Phase locking and supermode selection in multicore photonic crystal fiber lasers with a large doped area

We report on the laser properties of multicore photonic crystal fiber lasers. A stable phase locking of six- and seven-core structures through evanescent coupling is observed. Effective supermode selection is obtained by using both diffraction losses and the Talbot effect. A pure in-phase supermode is obtained (1.1 times diffraction limited). The laser operating in this mode has a slope efficiency of 70% with up to 44 W of output power. The modal area of the in-phase supermode multicore fiber is 1150 microm2, which makes it, to our knowledge, the single-mode fiber laser with the largest mode field area. In-phase laser action is stable when the fiber is bent.     

Single-polarization in-phase supermode operation in multicore fiber lasers

Two passive cores with elliptical air holes are introduced in the cladding of the active multicore fiber. The birefringence induced by the elliptical air holes lifts the degeneracy between two orthogonal in-phase supermodes, through the coupling between the passive and the active cores. For the proposed multicore fiber with an appropriate choice of the design parameters, the x-polarized in-phase supermode has more mode power in the active cores compared with the other supermodes. That in turn favors competition compared to the other supermodes with the low power density in the active cores. The numerical results show that the multicore fiber lasers can output a pure x-polarized in-phase supermode without using other mode-selective elements.     

Phase locking and in-phase supermode selection in monolithic multicore fiber lasers

We report a compact multicore fiber laser that utilizes an all-fiber approach for phase locking and in-phase supermode selection. By splicing passive coreless fibers of controlled lengths to both ends of an active 19-core fiber, we demonstrate that the fundamental in-phase supermode can be selectively excited with a completely monolithic fiber device, instead of conventional free-space and bulk optics, to achieve phase-locked operation for a multiemitter laser device.     

多芯光纤激光器增益场选模效应研究

对多芯光纤激光器的增益场选模效应进行了初步研究。利用矢量耦合模理论计算多芯光纤激光器支持的各类超模的模式特性,并对其增益系数进行计算,比较不同功率等级下各超模增益特性的异同。计算结果表明,在较低功率下。多芯光纤激光器各类超模增益系数大小基本一致,输出光束是由各超模组成的混合模式; 而当激光功率较高时,同相模的增益系数大小明显大于其它模式,在模式竞争中占据优势,激光器输出光束远场具备同相模的特征。最后对多芯光纤激光器增益场选模效应的适用范围进行了简单讨论。     

多芯光纤激光器的超模及模式选择问题研究

根据耦合模理论,分析了多芯光纤支持的超模,推导了超模场分布函数的解析表达式,并利用柯林斯(Collins)公式计算这些超模光束的二阶矩,分析各超模的光束质量。为了获得较好质量的光束输出,还对利用塔尔博特腔进行多芯光纤激光器的模式选择进行了数值分析。计算结果表明,只要选择合适的距离参量,塔尔博特腔可以有效地进行模式选择。     

Multiwatt octave-spanning supercontinuum generation in multicore photonic-crystal fiber

High-power supercontinuum spanning over more than an octave was generated using a high power femtosecond fiber laser amplifier and a multicore nonlinear photonic crystal fiber (PCF). Long multicore PCFs (as long as 20 m in our experiments) are shown to enable supercontinuum generation in an isolated fundamental supermode, with the manifold of other PCF modes suppressed due to the strong evanescent fields coupling between the cores, providing a robust 5.4 W coherent supercontinuum output with a high spatial and spectral quality within the range of wavelengths from 500 to 1700 nm.     

19-cores Yb-fiber laser with mode selection for improved beam brightness

We propose a new method to control the mode combination at the output of a 19-core fiber laser in order to produce a bright beam with uniform phase. The technique is based on both the selective excitation of the amplifying multicore fiber and on an intra-cavity angular filtering at the output. The excitation of the fundamental in-phase supermode of the 19-core fiber was demonstrated, resulting in the emission of a single-mode beam with M ² limited to 1.21.     

Characteristics of a Q-switched multicore photonic crystal fiber laser with a very large mode field area

We model and characterize the behavior of a Q-switched fiber laser. The fiber is a doped multicore photonic crystal fiber having six cores in a ring-type geometry. The fiber laser is Q-switched using an intracavity acousto-optic modulator. Using a mode filtering technique in the far field, a mode very close to the fundamental in-phase supermode is obtained with a mode field area of 4200 microm(2) and a divergence of 9 mrad. Pulses with energies of up to 2.2 mJ and durations of 26 ns (limited by end facet damage) at a repetition rate of 10 kHz are obtained.     

Mode shaping in multicore fibers

We propose a novel multicore fiber design strategy for obtaining a flat in-phase supermode that optimizes utilization of the active medium inversion in the multiple cores. The spatially flat supermode is achieved by engineering the fiber so that the total mutual coupling between neighboring active cores is equal. Different designs suitable for different fabrication processes, such as stack-and-draw and drilling, are proposed. An important improvement over previous methods is the design simplicity and better tolerance to perturbations.