单模光纤中Raman光放大

本文报道在单模光纤中，背向受激拉曼散射（ＢＳＲＳ）对通信光的光放大研究。所用泵浦源为声光０开关Ｎｄ￣（＋３）：ＹＡＧ激光器，工作波长１．０６４μｍ。信号源为ＩｎＧａＡｓＰ半导体激光器，工作波长１．３０μｍ。在１．３０μｍ处实现了Ｒａｍａｎ光放大，增益达１９．４ｄＢ以上，增益系数为２．３×１０￣（－１２）ｃｍ／ｗ。     

2.14kW级联泵浦光纤放大器

利用大模场掺镱光纤搭建了1018nm高功率光纤激光器,获得了476 W的最高输出功率。利用6台高亮度1018nm光纤激光器泵浦掺镱光纤,搭建了全光纤结构的级联泵浦光纤放大器,实现了2.14kW的最高输出功率,输出功率随泵浦功率线性增长,整体斜率效率为86.9%,M2因子为1.9。     

2.14 kW级联泵浦光纤放大器

利用大模场掺镱光纤搭建了1018 nm高功率光纤激光器,获得了476 W的最高输出功率。利用6台高亮度1018 nm光纤激光器泵浦掺镱光纤,搭建了全光纤结构的级联泵浦光纤放大器,实现了2.14 kW的最高输出功率,输出功率随泵浦功率线性增长,整体斜率效率为86.9%,M2因子为1.9。     

LD泵浦光纤激光放大器实现13 kW高光束质量输出

光纤耦合半导体激光器（LD）泵浦的光纤激光放大器具有体积小、功质比高、稳定性好等优点,在工业加工和军事国防等诸多领域都有着广泛且重要的应用。然而,受限于器件制作工艺水平及光纤中的受激拉曼效应和模式不稳定效应,LD泵浦的光纤激光放大器难以同时实现高功率及高亮度激光输出。为实现更高功率、更高亮度的光纤激光输出,需要结合现有的器件工艺水平并同时实现对放大器中的受激拉曼散射效应和模式不稳定效应的有效抑制。报道了基于单位自研大模场增益光纤成功实现13 kW功率、高光束质量激光输出。激光器采用主振荡功率放大结构,放大级采用单后向981 nm泵浦自研大模场增益光纤,在总泵浦功率为15 kW时,输出功率达到12.94 kW,光束质量M2因子约为2.85。通过进一步优化器件性能及光纤模式控制,有望实现更高功率、更高亮度的光纤激光输出。     

2.15μm全光纤气体拉曼激光光源

报道了全光纤2.15μm波段光纤气体拉曼激光器。将实芯单模光纤与空芯光子晶体光纤直接熔接制备成全光纤气体腔,并在实芯光纤上刻写长周期光纤光栅,防止菲涅耳反射回光对泵浦源造成损坏。以1971 nm脉冲光纤放大器作为泵浦源,当腔内气压为1.4 GPa时,2.15μm拉曼光的最大平均功率约为0.87 W,受限于较高的拉曼阈值,光光转换效率只有19%。本研究为实现2.15μm光纤激光光源提供了一种新的可行的技术方案。     

连续波1.7 μm全光纤气体拉曼激光光源

报道了第一个连续波全光纤气体拉曼激光光源.采用实芯单模光纤与带隙型空芯光纤熔接的方法,制备了长度为50 m、充高压氢气的全光纤结构气体腔,以一个高功率连续波1540 nm光纤放大器为泵浦源,利用氢气分子的纯转动受激拉曼散射有效实现了 1693 nm斯托克斯连续激光输出.进一步,通过在气体腔输出端熔接一个中心波长为154...     

单端泵浦光纤放大器获得4kW单模窄谱激光输出

窄谱光纤激光器在光束合成等领域有着广泛的应用,然而模式不稳定效应的出现严重限制着窄谱光纤激光器的功率提升。提出并验证了采用新型981 nm稳波长泵浦方案,能够应用于窄谱激光放大并提升模式不稳定效应阈值,通过采用单端后向泵浦结构,将单模窄谱光纤放大器功率提至4 kW以上。实验中采用白噪声相位调制展宽单频激光作为窄谱种子,主放大级分别采用稳波长976 nm和981 nm两种泵浦源单端后向泵浦。在采用976 nm泵浦源泵浦时,窄谱激光最高放大至3.4 kW,出现典型的模式不稳定效应特征,功率提升受到限制。在采用981 nm泵浦源泵浦时,窄谱激光最高放大至4.05 kW,且并未出现模式不稳定效应,输出光束质量M2因子为1.3,进一步功率提升仅受限于泵浦功率。通过优化激光器设计、结合双向泵浦结构,有望实现更高功率的窄谱光纤激光输出。     

窄线宽光纤激光器在1 030 nm波段实现3 kW近衍射极限输出

基于大模场面积掺镱光纤搭建了全光纤1 030 nm高功率窄线宽光纤激光主振荡功率放大系统,实现了3 004 W的最高功率输出,斜率效率69.27%,是目前报道的输出功率最高的1 030 nm波段近衍射极限光纤激光器。最高输出功率时,x,y方向的光束质量因子分别为1.169,1.174,3 dB光谱宽度为0.18 nm,放大自发辐射抑制比达到37 dB。     

1.06kW 13GHz线宽全光纤激光器

分析了高功率光纤激光器中受激布里渊散射(SBS)效应的抑制方法。研究表明,利用宽带噪声源高速相位调制展宽光谱的方法对于抑制SBS十分有效,可实现kW级用于光谱组束的数10GHz高功率光纤激光子束。通过理论计算线宽与SBS阈值的关系,并分析噪声相位调制各参数对SBS阈值提升的影响,优化了光纤激光器设计参数。通过宽带噪声高速相位调制的方法,展宽单频种子源线宽至13GHz,通过两级预放大至10 W后,使用20/400μm掺Yb光纤最终实现了中心波长1064nm、线宽13GHz、最高功率1.06kW的激光输出,光束质量M21.2,光-光转换效率86%,实验过程未观测到模式不稳定性现象。进一步扩宽噪声源频带,加大调制深度,有望实现更高功率的窄线宽光纤激光输出。     

1.06 kW 13 GHz线宽全光纤激光器

分析了高功率光纤激光器中受激布里渊散射（SBS）效应的抑制方法。研究表明,利用宽带噪声源高速相位调制展宽光谱的方法对于抑制SBS十分有效,可实现kW级用于光谱组束的数10 GHz高功率光纤激光子束。通过理论计算线宽与SBS阈值的关系,并分析噪声相位调制各参数对SBS阈值提升的影响,优化了光纤激光器设计参数。通过宽带噪声高速相位调制的方法,展宽单频种子源线宽至13 GHz,通过两级预放大至10 W后,使用20/400 m掺Yb光纤最终实现了中心波长1064 nm、线宽13 GHz、最高功率1.06 kW的激光输出,光束质量M2＜1.2,光-光转换效率86%,实验过程未观测到模式不稳定性现象。进一步扩宽噪声源频带,加大调制深度,有望实现更高功率的窄线宽光纤激光输出。     

1410 nm波段分布式光纤拉曼增益放大器的研究

讨论了分布式光纤拉曼增益放大器的工作原理,采用1320nm固体激光器作为抽运源,获得了1410nm波段附近的光放大,在单模GI光纤长度为23km时,初步研究了拉曼放大器增益与光纤作用长度的关系,抽运脉冲峰值功率分别为50W、30W时,光纤的有效作用长度分别为15．5km和10.5km;研究了在不同的光纤有效作用长度时,拉曼放大器增益与抽运功率的关系;从光纤拉曼光谱图估算了光纤拉曼放大器的光谱宽度为50nm或250cm^-1。     

基于空芯光纤中氢气受激拉曼散射的1.7μm光纤激光光源研究

报道了一种基于空芯光子晶体光纤中氢气受激拉曼散射的新型1.7μm光纤激光光源。建立了仅包含泵浦光和一阶斯托克斯光的简单稳态耦合波方程,并进行了仿真计算。采用自制的1550 nm纳秒脉冲光纤放大器,泵浦一段长约3 m、充高压氢气的商用空芯光子晶体光纤,利用氢气分子的转动受激拉曼散射实现了1705 nm斯托克斯波的有效转换。气压为1.2 MPa时,最大平均输出功率约0.5 W(单脉冲能量约为2.5μJ),最大光光转换效率约为32%(相对总的泵浦功率)。研究结果为实现高功率1.7μm波段近红外激光输出提供了一条有效的新途径。     

石英系单模保偏光纤的受激拉曼散射传输模式的实验分析

对石英系单模保偏光纤中的受激拉曼散射传输模式进行了实验研究，测得三种不同截止频率的单模保偏光纤中受激布曼散射光谱及其模式的分布，其结果与圆芯多模渐折射率光纤中的受激拉曼散射模式分布完全不同，斯托克斯光谱的光斑尺寸基本不变，而且具以有高阶模传输的特点。这些结果在国内外尚未见报道。     

单模光纤中受激拉曼散射的阈值特性研究

理论分析并仿真了单模光纤中前向和后向拉曼Stokes光功率随输入抽运光功率的变化规律,发现其具有明显的阈值特性。由此提出了一种新的单模光纤拉曼阈值的定义,将拉曼Stokes光功率随输入抽运光功率变化曲线的二阶微分的最大值对应的输入抽运光功率定义为单模光纤拉曼阈值,还给出了与之相应的单模光纤拉曼阈值的测量方法,通过对单模光纤拉曼阈值随单模光纤特征参数的变化规律进行仿真和拟合,分别获得了单模光纤中前向和后向拉曼阈值方程。搭建了实验平台,采用脉冲光抽运,对长度为24km的单模光纤中前向和后向受激拉曼散射的阈值特性进行了实验验证,结果表明,实验结果与理论分析和仿真结果相符合,验证了所提出的阈值定义和测量方法的有效性,实验中还发现,在不同的光纤特征参数下,单模光纤后向拉曼散射阈值比前向时平均提高了24.9%,与理论仿真结果的25.3%相符合,表明单模光纤中前向受激拉曼散射更容易产生。     

国产纺锤形增益光纤主振荡功率放大器实现5 kW输出

设计了纤芯直径小—大—小变化的“纺锤形”增益光纤,利用该光纤可均衡模式不稳定和受激拉曼散射抑制的矛盾,提升光纤激光器的输出功率。基于自研的纺锤形增益光纤搭建了主振荡功率放大器（MOPA）,实现了5 kW的功率输出,放大器光光效率为66.6%,拉曼散射抑制比大于45 dB,M²因子约2.0。通过优化光纤的设计,可以提升激光器的光束质量和效率。

     

大功率激光单模光纤远距离传输的注入光纤光功率限值分析

对于大功率激光单模光纤远距离传输, 采用传统的受激拉曼散射(SRS)阈值作为注入光纤激光功率值取值过大。本文对单模光纤远距离传输过程中泵浦光和拉曼斯托克斯光(Stokes)光功率随注入光纤激光功率的变化进行仿真与理论分析。根据光纤中SRS产生的机理, 提出以拉曼Stokes光在单模光纤中传输的光功率变化曲线曲率极大值点对应的注入激光功率为限值, 对注入单模光纤光功率限值随着光纤长度变化进行仿真, 通过曲线拟合得出注入单模光纤激光功率限值公式, 并搭建实验系统进行验证。结果表明, 提出的注入单模光纤激光功率限值适用于大功率激光远距离单模光纤传输。     

单模光纤中超快受激拉曼散射的反斯托克斯波

由光纤中光的基本传输方程出发 ,利用慢变振幅近似 ,给出了包含反斯托克斯波的光纤超快受激拉曼散射的耦合波方程。以此为基础讨论连续、超快受激拉曼散射中泵浦波、斯托克斯和反斯托克斯波的耦合 ,分析了单模光纤相位匹配和群速匹配对光纤超快受激拉曼散射反斯托克斯波产生的影响     

5 kW振荡放大一体化高可靠性光纤激光器

振荡放大一体化光纤激光器具有振荡器抗回光能力强和放大器效率高的双重优点,在工业领域有着很好的应用前景。国防科大首次实现了输出功率大于5 kW的振荡放大一体化光纤激光器,光光效率约为80%。重点研究了该激光器在高功率运行时的可靠性和控制逻辑。首先,类比普通放大器中“不开种子、只开放大”的情况：在振荡部分泵浦源关闭时,瞬间开启放大部分泵浦源;其次,类比普通放大器中“不关放大、只关种子”的情况：在放大部分泵浦源开启时,瞬间关闭振荡部分泵浦。实验结果表明,以上两种极端情况下激光器都可稳定正常工作。首次验证了该激光器在控制逻辑和泵浦源开关顺序方面无特殊要求。

     

温度变化对单模石英光纤受激拉曼散射附加峰的影响

用10 m长单模石英光纤进行受激拉曼散射温度特性研究, 实验中发现在泵浦光和一级Stokes左右出现了附加峰(称为双峰), 其峰强度随温度的升高(80～295 K)呈现先增加后减弱现象。当温度达到295 K时, 一级Stokes双峰消失。由受激四光子混频理论计算可知,这种双峰现象是受激四光子混频的结果。同时对SRS一级Stokes所产生的受激四光子混频的Stokes频移随温度升高由706.9 cm-1增大到712.9 cm-1和其半宽度由1.75 nm增至2.18 nm的现象也进行了解释。     

用于光纤拉曼放大器抽运源的单级光纤拉曼激光器

抽运光源是光纤拉曼放大器应用于密集波分复用系统的关键技术,设计了一种紧凑型的808nm激光二极管抽运的基于钒酸钇（Nd^3＋：YVO4）晶体1342nm固体激光器模块,提出利用上述1342nm固体激光器抽运基于光纤光栅的单级全光纤型拉曼谐振器获得1．4μm激光输出的光纤拉曼激光器,分析了固体激光器的阈值特性、性能优化方法和单级光纤拉曼谐振器的设计方法。上述1342nm固体激光器模块在抽运功率2W时获得了最大655mW的激光输出功率和42．6％的斜率效率,单级拉曼谐振器的1342nm到1．4μm光功率转换斜率效率达75％,在1425nm、1438nm、1455nm和1490nm处的输出功率达到300mW以上。最后给出基于1．4μm光纤拉曼激光器抽运的宽带平坦放大的光纤拉曼放大器的结构参量和性能测试结果。