高功率光子晶体光纤激光器实验研究

 从光纤热传导方程出发,研究了不同泵浦光吸收系数对光纤激光器沿光纤长度方向温度分布的影响。结果表明,低吸收系数光纤泵浦端温度相对较低,分布较为平缓,有效减缓光纤的热损伤。根据理论分析结果,实验中选择了吸收系数为1.45 dB/m的掺Yb³⁺双包层光子晶体光纤作为增益介质,在泵浦光功率为560 W时,获得了428.5 W的高功率单模连续输出,斜率效率为76.5%,光束质量因子M²<1.2。由于泵浦端光纤温度较高,实验中对光纤两端进行了主动冷却,并且在离光纤端面约25 cm处的光纤表面温度进行实时测量,结果发现随着泵浦光功率的增加,光纤表面温度均匀增长,最高温度为310 K,温度正常。     

高功率光子晶体光纤激光器实验研究

从光纤热传导方程出发,研究了不同泵浦光吸收系数对光纤激光器沿光纤长度方向温度分布的影响。结果表明,低吸收系数光纤泵浦端温度相对较低,分布较为平缓,有效减缓光纤的热损伤。根据理论分析结果,实验中选择了吸收系数为1.45 dB/m的掺Yb3+双包层光子晶体光纤作为增益介质,在泵浦光功率为560 W时,获得了428.5 W的高功率单模连续输出,斜率效率为76.5%,光束质量因子M2<1.2。由于泵浦端光纤温度较高,实验中对光纤两端进行了主动冷却,并且在离光纤端面约25 cm处的光纤表面温度进行实时测量,结果发现随着泵浦光功率的增加,光纤表面温度均匀增长,最高温度为310 K,温度正常。     

高功率光子晶体光纤激光器温度分布研究

对高功率光子晶体光纤激光器温度分布问题进行了理论研究.在分析光纤热产生机理和结构的基础上,建立了双包层光子晶体光纤激光器稳态切面温度分布简单模型,数值模拟了光纤径向的温度分布、纤芯温度和纤芯-表面温差与纤芯热负载的关系,研究了光纤结构对温度分布的影响;并就激光器光纤泵浦端面的冷却方案进行讨论,数值模拟了外界对流系数不同时纤芯温度的大小.结果表明：对高功率光子晶体光纤激光器采用风冷和水冷的方法可以降低热效应的影响.     

高功率光子晶体光纤放大器实验研究

利用掺Yb³⁺的光子晶体光纤作为光纤放大器的增益介质,采用反向抽运方式,分别从理论和实验方面研究了不同信号的增益特性,在信号光功率为6W,抽运光功率为160W时,获得了104W的输出功率.实验发现,当抽运功率大于一定值时,放大器输出会有一定的不稳定性,并影响输出功率的进一步提高. 关键词： 光子晶体光纤 光纤放大器 反向抽运 高功率     

两光子晶体光纤激光器相干锁定的实验研究

利用自成像腔技术进行光子晶体光纤(PCF)激光器光束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.在不使用滤波器的情况下,实验仍能观测到清晰的下涉图样,且在高功率输出状态以及环境噪声情况下干涉图样仍可保持稳定,表明具有单模大模场特性的光子晶体光纤在实现光束相干合成方面比传统的双包层光纤(DCF)有明显的优越性.实验还表明耦合输出镜的反射率对相干输出功率有一定影响,当反射镜的反射率分别为5%,10%和15%时,两台激光器相干输出斜率效率分别为63.8%,61.6%和60.2%.在抽运功率为150 W和耦合输出镜的反射率为5%时,获得95.8 W的最大相干功率输出,相干功率合成效率为90.2%.实验中无任何热光效应产生,有望利用该方法获得更高的相干输出功率.     

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。     

高功率宽调谐范围掺Yb3+光子晶体光纤激光器

采用闪耀光栅作为色散元件,构建了前向、后向输出两种结构的可调谐掺Yb3 光子晶体光纤激光器,并对其输出特性进行了分析研究.在抽运功率5.75W时,前向输出结构实现了1050.6～1110.2 nm的连续调谐输出,光谱线宽约0.1 nm,边模抑制比大于44 dB.在调谐激光波长为1085 nm时,得到最高输出功率677 mW.结构改进的后向输出结构的可调谐输出结构在抽运功率4.43 W,调谐波长1075 nm,实现了2.21 W的功率输出,斜率效率为73%;调谐范围50.9 nm(1042.1～1093 nm),光谱线宽小于0.08 nm,边模抑制比大于50 dB.两种结构的可调谐激光器输出均为线偏振光,偏振度大于89.5%.     

多芯光子晶体光纤锁模激光器

实验研究了基于掺Yb多芯大模场面积光子晶体光纤的全正色散锁模激光器.增益光纤的18个纤芯呈六角阵列排布,等效的模场直径约为52 μm.激光器基于σ腔结构,腔内没有色散补偿元件,通过半导体可饱和吸收镜实现锁模的自启动.实验获得了平均功率为3.3 W,脉冲宽度为4.92 ps,重复频率为44.68 MHz的锁模脉冲输出,对应的单脉冲能量为74 nJ,脉冲经腔外光栅对压缩为780 fs. 关键词： 光子晶体光纤 多芯 光纤激光器 全正色散     

大模场光子晶体光纤激光器研究获得新进展

大模场光子晶体光纤(Photonic Crystal Fiber,PCF)是通过设计光子晶体光纤的微结构来获得大模场单模面积的一种新型特种光纤．目前PCF的模场面积可以做1500μm^2以上,比传统单模光纤的模场面积大一个数量级,因此大模场PCF可以承受和传输更高的激光功率,并且具有高转换效率、高亮度、高光束质量等优点．同时利用PCF的微结构可设计特性,把大模场PCF的包层设计成高数值孔径的双包层结构,可大大提高泵浦耦合效率．     

高功率双包层光纤激光器抽运技术的方案分析

介绍了高功率光纤放大器双包层光纤的结构特点和双包层抽运的基本原理,在此基础上对高功率双包层光纤激光器的抽运关键技术作了分析,详细讨论了端面抽运技术、熔锥侧面抽运技术、内嵌反射镜抽运技术、角度抛光侧面抽运技术和V形槽侧面抽运技术等多种侧面抽运技术的结构及系统性能参数,并对各种侧面抽运技术的优缺点作了比较分析.研究结果表明,侧面抽运比端面抽运更有利于获得高功率激光输出,而在侧面抽运技术中则以V形槽侧面抽运技术为佳.     

光子晶体光纤放大器增益特性的实验研究

 采用掺Yb³⁺双包层光子晶体光纤作为放大器的增益介质,在双端泵浦方式下,理论并实验研究了不同信号光时放大器的增益特性。在双端泵浦方式下,泵浦总功率为150.2 W、信号光功率为6 W时,获得了72 W的功率输出,斜率效率达到了60%。实验发现当泵浦总功率超过一定值时,由光纤端面反射形成的振荡腔引起放大器寄生振荡,并由于各种非线性效应出现了自脉动现象,影响了输出功率的进一步提高。     

亚百飞秒高功率掺镱大模面积光子晶体光纤飞秒激光放大器的实验研究

实验研究了掺镱双包层保偏大模面积光子晶体光纤飞秒激光放大器. 获得了平均功率达16W的飞秒激光放大输出,在50MHz重复频率下,对应的单脉冲能量达到320nJ. 增益光纤长3.5m,由于自相位调制效应,种子光脉冲光谱在放大过程中同时展宽,从而支持更窄的脉冲宽度. 经过光栅后,脉冲宽度压缩到了85fs. 系统中的振荡器和放大器基于同一种具有偏振结构的大模面积光子晶体光纤,具有很好的环境稳定性和进一步集成的可能. 关键词： 光子晶体光纤 大模场面积光纤 飞秒激光 光纤放大器     

基于非线性偏振旋转锁模的高功率光子晶体光纤飞秒激光振荡器

为了探索大模场面积光子晶体光纤锁模激光器在全正色散锁模域内的耗散孤子锁模机理, 以获得更大的单脉冲能量和更高的峰值功率, 本文搭建了以掺镱大模场面积光子晶体光纤作为增益介质的耗散孤子锁模激光器. 激光器使用环形腔结构, 利用非线性偏振旋转以及滤光片提供的耗散作用实现了稳定的锁模运转. 实验中, 从激光器振荡级直接获得了平均功率10 W, 重复频率49.09 MHz(对应202 nJ的单脉冲能量), 脉冲宽度为1.03 ps的稳定锁模脉冲输出, 经过腔外色散补偿得到的脉冲宽度为95.5 fs.     

Recent developments in high power near-infrared super-continuum generation based on photonic crystal fiber

High power supercontinuum generation has witnessed rapid developments during the past few years. The mechanism and the latest achievements in high power supercontinuum generation are reviewed both for the continuous wave pump regime and the pulsed pump regime. The challenges in scaling the average power of supercontinuum generation are analyzed. Some of our works on high power supercontinuum generation are summarized, and perspectives for the future development are discussed.     

Tunable and switchable multi-wavelength Erbium-doped photonic crystal fiber ring laser incorporating a length of highly nonlinear photonic crystal fiber

A tunable and switchable multi-wavelength Erbium-doped photonic crystal fiber ring laser incorporating a length of single-mode highly nonlinear photonic crystal fiber is proposed and demonstrated experimentally. Stable dual-wavelength and triple-wavelength operations at room temperature are achieved by employing the highly nonlinear photonic crystal fiber to induce four-wave mixing effect and a polarization controller to vary the polarization states of propagation lights in the laser cavity. The laser cavity is free from any wavelength selection components. The laser obtains maximal 30 dB signal-to-noise ratio and the peak power fluctuations of lasing lines are less than 1.39 dB.     

光子晶体高功率微波模式转换器设计

研究了传输线中非截面排列金属光子晶体电磁特性,并利用其作为移相器提出了一种紧凑型TEM—TE11模式转换器的设计方法.利用电磁软件cst microwave studio优化设计了一套L波段TEM—TE11模式转换器,在中心频率1.58 GHz上转换效率为98%.在1.56—1.625 GHz频率范围内,模式转换器转换效率大于90%,对应带宽4.1%.模式转换器功率容量为GW级,适用于高功率微波源系统.结合磁绝缘线振荡器开展了粒子模拟研究工作,发现模式转换器性能与设计结果相符,并且其引入不影响高功率微波器件的正常工作.