光纤激光器谱合成系统合成效率的计算分析

在简化模型的基础上，从三能级粒子速率方程出发，结合光纤激光器的光束传输方程，推导出光纤激光器谱合成系统的输出功率和合成效率的解析表达式.在此基础上，对合成效率进行了计算分析，并讨论了影响合成效率的主要因素.结果表明，光纤激光器谱合成系统的合成效率主要由光纤激光器输出镜反射率、谱合成系统的外腔输出镜反射率、光栅衍射效率以及望远镜滤波组件透过率决定.     

两光纤激光器相干合成的实验研究

利用迈氏腔技术，进行了光子晶体光纤(PCF)激光器相干合成的实验研究，实现了两光子晶体光纤激光器的相位锁定，获得了功率为47W的相干输出.解释了在迈氏腔的两个输出光路上分别实现相干相长和相干相消的物理机理.实验结果表明，合成激光光谱较单台PCF激光器的激光光谱有显著的改善，波长带宽小于5nm. 关键词： 光子晶体光纤 相位锁定 迈氏腔 光纤激光器     

固体激光器与光纤激光器对光子晶体光纤棒耦合的分析与对比

耦合效率的高低与耦合后光斑的好坏直接影响着光子晶体光纤棒的放大效果,因此需要对种子光的耦合效果进行研究,选择合适的激光器作为种子源。本文对光子晶体光纤棒在固体激光器与光纤激光器两种情况下的耦合效率进行了理论分析;模拟计算了两种激光器情况下耦合效率的变化规律以及对准误差对耦合效率的影响;选择合适的透镜或透镜组,使用两种激光器对光子晶体光纤棒进行了耦合实验;对比两种激光器的耦合效果可知:固体激光器的耦合效率最高只能达到62.4%,而光纤激光器的耦合效率可以达到80%以上;在光纤激光器耦合情况下,对不同功率注入时耦合效率,以及耦合后光斑进行了实验分析。得到的实验结果对后续光纤棒的放大实验具有指导作用。     

强泵浦下掺Yb~(3+)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。     

子激光器功率差对光纤激光器相干组束的影响

设计了由两支光纤激光器通过耦合器组成的迈克尔逊腔型光纤激光器阵列，实现了相干合成输出，相干合成功率与完全相干合成的理论值偏差约9％。研究了子激光器功率差对低损耗端口相干合成特性的影响。结果表明：当子光纤激光器功率差减小时，耦合效率增大，理论与实验偏差减小，泵浦效率增大，输出功率增大，光谱中心波长基本不变；子激光器功率越大，子激光器功率差对以上物理量的影响越小。     

多线阵半导体激光器的单光纤耦合输出

设计并研制了一种多线阵半导体激光器的高亮度光纤耦合输出模块.激光器芯片采用了分子束外延方法生长的宽波导、双量子阱结构AlGaAs/GaAs激光器外延材料,激光器模块采用6只准直的线阵半导体激光器,器件腔长为1.2mm,单个发光单元宽度为100μm,发光单元周期为500μm,单线阵器件包括19个发光单元,单线阵器件的连续输出功率为50W,每只单线阵器件的准直输出光束经过空间合束后再通过光束对称化变换实现了多线阵器件输出的高光束质量功率合成,采用平凸柱透镜实现了合束光束与400μm芯径、数值孔径0.22石英光纤的高效率耦合,整体耦合效率达到65%,最大耦合输出功率达到195W,光纤端面功率密度达到1.55×105W/cm2.     

100W高光束质量光子晶体光纤棒皮秒脉冲放大器

使用光子晶体光纤棒作为增益介质，设计了皮秒脉冲放大器的实验光路。通过实验研究分析了光子晶体光纤棒皮秒脉冲放大器的输出功率、斜率效率与光光转换效率、光束质量、重复频率、脉宽、光谱。获得了最大平均功率为101.7 W，重复频率为30 MHz，脉宽为6.4 ps，横向和纵向光束质量分别为1.111，1.017的近衍射极限输出，放大器的斜率效率达到了65%，光光转换效率达到了58.9%。     

掺Yb3+双包层大模面积光子晶体光纤激光器的研究

采用多模大功率半导体激光器泵浦掺镱双包层大模面积光子晶体光纤,应用5 m长光子晶体光纤,在泵浦功率为22 W的条件下,获得了1.03 μm,功率为65 mW的单横模激光输出,同时实验研究了输出功率与泵浦功率的关系,并观察到掺Yb3+光子晶体光纤侧面有绿色荧光出现.     

1018 nm短波长掺镱光纤激光高功率自组织相干合成

搭建了两台高功率、低量子损耗的1018 nm短波长掺镱光纤激光器,进行了全光纤结构下两路光纤激光器的相干合成实验。获得了功率为55 W、合成效率为90.2%的相干输出,这是当前严格单模1018 nm光纤激光器的最高功率水平。同时,验证了Michelson腔自组织相干合成技术能够实现光纤激光器的高功率单模输出。     

15W光子晶体光纤激光器的研究

利用光子晶体光纤在原来输出功率3 4W的基础上,研制成功了激光输出15W的光子晶体光纤激光器,实验装置为典型的F P腔结构,分别采用二色镜和光纤端面作为高反射腔镜和激光输出腔镜 一端二色镜紧贴光纤的入射端面,它对1 0 5 μm～1 1μm波段信号光的反射率大于99% ,对976nm泵浦光透射率为93% ;另一端利用光纤端面4 %Fresnel反射作为输出端反馈与二相色镜构成了线形谐振腔 实验采用掺Yb3+ 双包层光子晶体光纤,长度为2 0m 内包层为2 0 0 μm ,外包层为380 μm ,Yb2 O3浓度为1 5mol % 当泵浦功率为6 0W时,获得了15W 1 1μm的激光输出 15W光…     

Experimental study of phase-locking of two photonic crystal fiber lasers

Two photonic crystal fiber (PCF) lasers are phase-locked by using self-imaging resonator techniques. Obvious and steady interference strips are observed even without using spatial filter in high power operation, which demonstrates the advantages of pure single-mode PCF lasers in coherent beam combining. The maximum coherent output power of 95.8 W is obtained with coupling efficiency of 90.2%.     

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     

利用全光纤结构Michelson腔实现两路高功率双包层光纤激光器相干合成

Michelson腔技术是实现激光相干合成的有效方案. 利用Michelson腔技术, 实现了全光纤结构下的两路光纤激光器的相干合成, 获得了功率为11.75 W, 效率为95.76%的相干输出. 实验研究了相干合成效率与激光腔长差的关系以及抽运对称性对相干合成效率的影响. 实验表明相干合成效率极易受激光腔长差的影响, 不同腔长差下相干合成效率差异可达18%以上, 且存在最佳腔长差; 抽运对称性对相干合成效率的影响在2%以内.     

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。     

Experimental study on phase-locking of two high-power all-fiber lasers

By using a novel mutual injection technique, phase-locking and coherent combining of two high-power all-fiber lasers are realized and experimentally demonstrated. Steady interference strips with high visibility of 46% are observed. The coherent combined 407 W CW output power with a power-combining efficiency of up to 98% is obtained. The laser array works well with excellent stability. In the long time of high-power operation no thermal distortions or damages are observed. The proposed technique can be used to further scale up the coherent combined output power of high-power fiber lasers.     

Numerical analysis and experimental results of output performance for Nd-doped double-clad fiber lasers

Numerical analysis is investigated for the high-power double-clad fiber lasers and experimental results using different microscope objectives for focusing into a Nd-doped rectangular double-clad fiber also performed. The numerical analysis includes dependence of output power on output mirror reflectivity, absorbed pump power, loss, and fiber length and pump power distribution for the cases of one-end and two-end pumps with 20 dB/km loss. Calculated conversion efficiencies are 76.36%, 69.73%, and 63.84% for lossless, two-end pump, and one-end pump fiber lasers, respectively. Slope efficiencies from absorbed pump power/output powers measured using microscope objectives are 16.8%/182 mW, 53.8%/351 mW, 24.9%/1240 mW, and 13.9%/649 mW for magnifications of 5×, 10×, 20×, and 40×, respectively.     

选频元件对光纤激光器自组织相干合成的影响

采用不同中心谱线、不同谱线宽度的选频元件进行实验,研究选频元件谱线特性对相干合成效率的影响。实验表明:选频元件中心谱线越接近,相干合成效率越高;与此同时,选频元件的谱线宽度越宽,线形越接近重合,相干合成效率也越高,接近理想值100%。在此基础上,利用中心谱线一致的宽谱选频元件,实现两路掺Er光纤激光器的相干合成,输出功率为375 mW,相干合成效率高达99.3%。