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。     

孤子激光器的效率

有必要为评定孤子激光器引进一个质量指标:孤子效率。因此,孤子激光器总体效率的计算也应作相应的变化。高效率的孤子激光器所产生的高质量光孤子能为长途光通信准备良好的初条件。为此讨论了三种提高孤子效率的途径。     

稳定耦合效率的沟槽结构半导体激光器

为了稳定半导体激光器激射光束在光纤传输过程的耦合效率,提出一种沟槽结构的半导体激光器,并对该结构激光器的光束、耦合效率及P-I特性进行研究。在普通条形半导体激光器的脊形区刻蚀了周期性的沟槽结构,来改善半导体激光器有源区的增益分布。通过对比普通结构与沟槽结构半导体激光器的光束分析,测试其耦合效率以及P-I特性。结果表明:沟槽结构的半导体激光器能够使光腔内模式更加稳定,输出光束更加集中,并避免了"Kink"效应的发生;与此同时,耦合效率提高至97.7%,并且较普通结构激光器更为稳定。沟槽结构半导体激光器有效地解决了光斑跳动问题,稳定了激光器的耦和效率。     

半导体激光器光束准直系统的功率耦合效率

在长距离无线光通信中，接收点光功率密度与光束发散角平方呈反比关系，为了获得小的发散角和大的功率耦合效率，要求准直系统有较大的数值孔径(NA)，但数值孔径过大会增加像差，因此合理设计功率耦合效率与准直系统的数值孔径就非常重要。该文对半导体激光器光束准直系统中功率耦合效率进行了研究，给出了半导体激光器光束功率耦合效率与k(孔径半径与孔径处等效光束半径之比)的关系表达式，并结合激光器光束准直系统，给出了半导体激光器光束功率耦合效率与准直系统数值孔径的关系表达式。该研究结论对于半导体激光器光束准直系统设计具有参考作用。     

高效新型自倍频Yb∶GdYAB激光器的理论和实验研究

通过研究自倍频现象的物理过程,理论推导了自倍频激光器输出功率的表达式,分析了影响自倍频激光器高效运转的具体参量.研究发现,除了晶体自身的性质外,在具体实验中晶体放置的位置、角度以及晶体的温度等,都不同程度地影响着自倍频激光器的输出功率.在此基础上,实现了LD端面泵浦的新型Yb∶GdYAB自倍频激光器运转,当晶体吸收功率为2.56 W时,获得了总功率为441 mW的自倍频绿光输出,从二极管到绿光的光-光转换效率达到了17.2%,并具有较好的功率稳定性和模式.     

LD泵浦Nd:YAG连续激光器转换性能实验研究

设计了LD端面泵浦固体Nd:YAG连续激光器平台,研究了LD泵浦功率、输出镜透过率和谐振腔腔长对激光器转换性能的影响. 该系统可实现连续1.064 μm近红外激光输出,转换效率可达42.2%.     

高效新型自倍频Yb：GdYAB激光器的理论和实验研究

通过研究自倍频现象的物理过程,理论推导了自倍频激光器输出功率的表达式,分析了影响自倍频激光器高效运转的具体参量．研究发现,除了晶体自身的性质外,在具体实验中晶体放置的位置、角度以及晶体的温度等,都不同程度地影响着自倍频激光器的输出功率．在此基础上,实现了LD端面泵浦的新型Yb：GdYAB自倍频激光器运转,当晶体吸收功率为2．56W时,获得了总功率为441mw的自倍频绿光输出,从二极管到绿光的光一光转换效率达到了17．2％,并具有较好的功率稳定性和模式．     

激光线宽对单次通过PPMgO:LN晶体倍频效率的影响

通过单次穿过PPMgO:LN晶体产生了2.06 W的780 nm可调谐的连续倍频光. 采用1560 nm的分布反馈式(DFB)半导体激光器、光栅外腔半导体激光器(ECDL)和分布反馈式掺铒光纤激光器(DFB-EDFL)分别作为掺铒光纤放大器(EDFA)的注入光源, 所用的EDFA具有保持窄线宽的功能, 因此可以忽略它对基波线宽的展宽. 研究了激光线宽对单次通过PPMgO:LN 晶体的倍频效率的影响. 控制三台激光器各自注入EDFA的功率一致, 同时也保持EDFA 的输出功率. 在基波功率为12.42 W 时, 使用DFB半导体激光器注入EDFA时得到了1.36 W的780 nm倍频光输出, 转换效率为11.0%; 使用ECDL作为种子源时得到了1.78 W 的780 nm倍频光输出, 转换效率为14.3%; 使用DFB-EDFL作为种子源时得到了2.06 W的780 nm倍频光输出, 转换效率为16.6%. 测得三台种子激光器的线宽分别为1.2 MHz (DFB), 200 kHz (ECDL)和600 Hz (DFB-EDFL). 线宽越窄, 倍频效率越高, 实验结果与理论分析一致.     

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.     

分布反馈光纤激光器弯曲特性的实验研究

为了研究分布反馈光纤激光器的弯曲特性,对光纤激光器输出波长和弯曲半径的关系进行了理论分析和实验研究.理论分析表明,光纤激光器输出波长变化量与弯曲半径平方的倒数为线性相关,并且随着弯曲半径的增大布拉格波长向短波长方向移动|实验中通过对3支不同波长的光纤激光器在弯曲半径分别为10 mm、20 mm、90 mm时输出波长的测量,验证了理论分析的正确性.实验中采用参考光纤激光器法排除环境干扰,对光纤激光器的激射功率进行了耐弯曲测试,并验证了光纤激光器斜率效率优越的抗弯曲特性.结果表明,在测试的32天内,待测光纤激光器激射功率变化量均小于2 dB,为分布反馈光纤激光器做为弯曲类传感应用的研究提供了重要的参考依据.     

Q‐switched and modelocked all‐fiber lasers based on advanced acousto‐optic devices

The interest in all‐fiber lasers is stimulated by the inherent advantages they have over bulk lasers in aspects such as heat dissipation and robustness. The performance of Q‐switched and modelocked fiber lasers can benefit enormously from the development of all‐fiber configurations. A fiber laser with strictly all‐fiber components can fulfil the requirements of mechanical stability, low maintenance, enhanced power efficiency, simplified assembly process, and low cost. In this framework, recent developments infiber acousto‐optic devices are reviewed that have demonstrated new possibilities for actively Q‐switched distributed feedback fiber lasers, modelocking lasers and doubly active Q‐switched modelocked lasers. The aim is to demonstrate the great potential of infiber devices for the active control of different types of fiber lasers.     

Synchronization and coherent addition of three pulsed fiber lasers by mutual injection and phase modulation

The coherent beam addition of pulsed fiber lasers is an effective way to improve the average power and the peak pulse power. We demonstrate a new architecture based on mutual injection and phase modulation to generate synchronous pulsed fiber lasers. Firstly, we realize the synchronization of the pulses of three fiber lasers using this technique. Secondly, coherent addition of three synchronous pulsed fiber lasers is obtained. Experimental results show that the three fiber lasers are phase locked and have good temporal and spatial coherence under mutual injection locking. This method can be extended to combine more beams.     

单模光纤激光极限功率的数值研究

对光纤激光极限功率的探索和其受限因素的分析, 有利于为大功率光纤激光器的发展提供理论依据和实验指导. 本文考虑热效应、光效应、非线性效应和抽运亮度等因素对光纤激光极限功率的影响, 分析了掺镱和掺铥光纤的极限功率和受限因素. 在此基础上, 结合激光在光纤中单模传输的条件, 计算了单模掺镱和掺铥光纤激光的极限功率. 计算结果表明, 在现有技术条件下, 使用常规的976 nm和793 nm激光二极管抽运, 单模掺镱和掺铥光纤激光的极限功率分别为4.2 kW和7.8 kW, 其中单模掺铥光纤激光的功率水平还远低于它的极限功率的原因是受抽运亮度的限制. 最后分析指出减小纤芯的数值孔径和改进少模光束的光束质量是提升单模光纤激光极限功率的重要途径.     

Synchronization and coherent combining of two pulsed fiber lasers

We demonstrate a scalable architecture for coherent combining of pulsed fiber lasers.A new method for generating synchronous pulsed fiber lasers by direct phase modulation is proposed and investigated.It is shown that phase modulated mutually coupled laser array can be a steady synchronous pulsed fiber laser source.The synchronous pulsed fiber lasers are coherently combined with an invariable phase difference of π in adjacent lasers.Neither active phase control nor polarization control is taken in our experiment.     

Mutual injection locking and coherent combining of three individual fiber lasers

Mutual injection locking and coherent combining of three individual erbium-doped fiber lasers are reported. Theoretical model of the three fiber lasers under mutual injection is also analyzed. Under free running state, the far field beam profile is a simple intensity superposition as three incoherent beams. Under mutual injection locking, interference lobes with high contrast ratio are obtained in the far field of three fiber lasers, which shows that the three fiber lasers have good interference characteristic under mutual injection. The experimental results are in good agreement with the theoretical results. According to this method, we can also realize coherent beam combining in more fiber lasers.     

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。     

基于公共环形腔耦合的光纤激光器相干合成技术

 为提高光纤激光器无源自调整相干合成阵列的效率、稳定性和可扩展性,提出了基于公共光纤环形腔耦合与单模光纤滤波的光纤激光器相干合成方案。将多个2×2的光纤耦合器分别插入各单元激光器的谐振腔,利用耦合器余下的端口,两两相连构成公共环形耦合腔。采用单模光纤滤波技术,提高了各输出激光束之间相位锁定的稳定性。利用该方案在实验上实现了三路光纤激光器的被动锁相输出,实验测得的远场干涉光斑、输出功率及光谱均表明该方案适于构建性能较好的光纤激光器相干合成阵列。     

Yb-Bi pulsed fiber lasers

A new type of pulsed fiber laser is suggested and developed - Yb-Bi lasers. In such lasers the Yb fiber laser is Q-switched by use of a saturable absorber, a Bi-doped fiber placed in its own resonator, and pulsed lasing is obtained in both fiber lasers. Continous-wave diode-clad pumping of the Yb-Bi lasers at a 975 nm wavelength with power up to 16.5 W results in pulsed laser action in a spectral diapason of 1050-1200 nm with a maximum pulse energy of up to 100 microJ, an average power up to 7.5 W, and a repetition rate up to 100 kHz.     

高功率双包层光纤激光器

介绍了高功率双包层光纤激光器的结构和工作原理，综述这种新型光纤激光器的主要特点及其在国内外的最新进展状况，展望了双包层光纤激光器的应用前景。