多模式输出掺镱光纤激光器的实验研究

实验研究了环行腔掺镱光纤激光器的运行特性.发现在由未完全泵浦的掺镱光纤充当的慢可饱和吸收体与偏振控制器和偏振敏感型隔离器所组成的等效快可饱和吸收体的共同作用下,仔细调节偏振控制器的角度与泵浦功率的大小,掺镱光纤激光器可分别稳定地工作在连续、调Q、调Q锁模和连续锁模多种运转方式.对于不同的运转方式,从原理上给予了一定的解释,并对各种运转方式的工作条件进行了详细研究.由于其具有全光纤结构,且腔内不含任何主动器件,同时有良好的稳定性.     

1150nm掺镱光纤激光器输出特性实验研究

以光纤光栅对为激光腔、双包层掺镱光纤为增益介质、976nm半导体激光器为泵浦源,研制全光纤化的1 150nm波段长波光纤激光振荡器.在室温下实现了最大平均输出功率为12.7 W的1 150nm波段单模光纤激光输出,激光振荡器的光光转换效率为42.33%.最大功率输出时,激光中心波长为1 150.48nm,光谱的3dB线宽为0.45nm,边模抑制比达38dB.该研究对研制1 150nm波段高功率光纤激光振荡器具有一定的参考价值.     

掺镱全光纤激光器研究

依据速率方程和边界条件,对高功率多点抽运全光纤激光器进行了研究.通过自制的级联侧面泵浦耦合器搭建全光纤激光器,级联耦合器的单点泵浦效率为96%,泵浦传输损耗为10%,信号光损耗分别是0.18dB和0.87dB;线性谐振腔结构中:前向抽运的光-光转换效率为69%,低于后向抽运中70%的光-光转换效率,与理论分析一致;双向泵浦方式中,在单臂输入975nm泵浦功率为110 W的条件下,激光功率输出为311 W,中心波长为1 080nm,光谱宽度为1.6nm,光-光转换效率为70%,光束质量约为1.3.激光器性能稳定,若增加单臂泵浦功率或级联泵浦耦合器个数,可获得更高功率的激光输出.     

伽马辐照对掺镱光纤材料特性影响的研究

掺镱光纤是高功率激光器的核心材料,但在高能射线辐照后其应用性能会显著下降,因此有必要对掺镱光纤材料在辐照环境下的性能变化进行深入研究。采用改进型化学气相沉积法结合稀土螯合物掺杂制备了系列光纤预制棒及光纤,测试了光纤在不同剂量下射线辐照前后的高功率输出性能,以及光纤预制棒辐照前后的吸收光谱及镱离子荧光寿命。结果表明：小剂量辐照后掺镱光纤的高功率输出显著下降,通过预制棒吸收光谱可看出主要是因为伽马辐照后使掺镱光纤材料中Al的相关缺陷浓度增多,在可见光区域吸收损耗增加。Ce离子的掺杂通过缓减辐致铝氧空位中心（Al-OHC）色心缺陷的增加,减少Yb离子荧光寿命的下降,可在一定程度上抑制高功率掺镱光纤的辐致暗化。     

包层泵浦掺镱光纤激光器的理论和实验研究

从包层泵浦光纤激光器的速率方程理论出发,推导出了稳态下包层泵浦光纤激光器的输出功率,斜率效率和阈值功率的解析表达式,进行了数值模拟,对模拟结果进行了简单分析。并进行了实验研究,实验采用中心波长为975nm的激光二级管单端泵浦内包层形状为D型的包层光纤,利用二相色镜和光纤端面反馈构成谐振腔,采用了两套不同的准直耦合系统,得到的最高输出功率为24W,总的光-光转换效率为53.5%。     

掺镱双包层光纤激光器的理论与实验研究

从速率方程出发，对F—P腔掺镱双包层光纤激光器的输出特性进行了理论分析与数值模拟；根据模拟结果进行了光纤激光器的实验研究，获得中心波长为1081nm、最大功率为2．4W的近单模连续光纤激光输出，光一光转换效率为34．3％，斜率效率为50．0％，实验结果与理论模拟结论一致．     

三路掺镱光纤放大器的相干合成实验研究

光纤激光相干合成技术是实现高功率、高亮度光纤激光系统的重要技术途径。采用主振荡并联放大器（MOPA）方案对三路掺镱光纤放大器进行实时相位探测与校正,其中每路光纤放大器的输出功率大于等于1 W,三路总功率大于等于3 W。采用铌酸锂光纤相位调制器,外差法系统的移频量为40 MHz,相位探测与校正精度优于l/20,整个光路为全保偏光路。实验分别给出了两路和三路光纤放大器的相干合成结果。系统开环时,远场光斑为动态、模糊干涉条纹,条纹可见度为7%和6%;系统闭环运行时,远场光斑为稳定、高对比度干涉条纹,条纹可见度有大幅度提高,达到44%和48%。这表明闭环控制使两路和三路光纤激光的相位变化得到了有效补偿,系统实现了相位锁定运行和高相干度合成输出。     

高功率光纤放大器中模式不稳定阈值功率的理论研究

模式不稳定指高功率光纤激光随着输出功率提升发生的模式突变,会导致光束质量下降。基于模式耦合模型,对量子噪声、强度噪声等引起的高功率光纤激光模式不稳定出现的阈值功率进行了详细分析和计算。研究结果表明,采用级联抽运方案和部分掺杂方式可以使模式不稳定性出现的阈值功率提高2~5倍。增加初始注入信号光功率、抑制注入信号激光的强度噪声和高阶模成分也可以提高阈值功率。研究结果为高功率光纤激光系统的设计提供一定参考。     

高能掺镱离子光纤激光器的研究

从激光器的速率方程出发,对光纤激光器的工作原理以及输出特性进行了研究,得到了光纤激光器在稳态条件下阈值条件和激光器输出功率的表达式.利用数值模拟结果对光纤激光器基本参量进行分析和论证.为光纤激光器的优化设计提供理论依据.并提出了全光纤型光纤激光器的实验方法.获得了最大功率7.5 W、波长1080 nm、峰值半宽0.11 nm的连续单模激光输出.     

中子辐照对掺镱光纤材料光学特性的影响

采用改进型化学气相沉积法结合稀土螯合物掺杂制备了系列掺镱光纤预制棒及光纤,并测试了光纤(预制棒)辐照、退火前后的光学性能.结果表明:中子辐照后掺镱光纤材料中与Al相关的缺陷浓度增多,导致光纤材料在可见光区域吸收损耗增加.Ce离子的掺杂可缓减铝氧空位中心(Al-OHC)等色心缺陷的增加,从而有效抑制掺镱光纤的辐致暗化效应.热退火可降低中子辐致色心缺陷的浓度从而降低光纤材料的吸收,在一定程度上消除暗化效应.     

利用光纤光栅的高功率掺镱光纤激光器

报道了利用一对光纤光栅作为双包层Yb^3 掺杂光纤激光器的谐振腔，激光二极管光纤模块(LD)进行了抽运，并采用锥形光纤实现了全光纤化结构，获得了高功率双包层光纤激光器。光纤光栅通常是用融接技术实现与双包层光纤的一体化连接的，采用的双包层光纤为内包层为梅花瓣形结构的掺Yb^3 离子的石英光纤，采用的抽运源为中心波长为970nm的半导体激光光纤输出模块，在抽运源电流达到2．4A时，获得了10．8W的光纤激光器单横模输出，输出波长1100．5nm，峰值半峰全宽(FWHM)为0．54nm，激光器斜效率为59％。     

辅腔泵浦高功率铒镱共掺光纤激光器实验研究

铒镱共掺光纤激光器的功率提高主要受热效应和镱波段放大的自发辐射的限制。为了提高铒镱共掺光纤激光器的输出功率,设计了液冷散热结构并采用辅腔泵浦法进行实验研究。结果表明,采用2.1 m长的大模面积铒镱共掺双包层光纤时,在47.5 W的泵浦功率下得到了波长为1 548.9 nm、最高功率为21.6 W的输出,综合泵浦转化效率为45.7%;辅助腔中镱波段振荡建立前后的斜率效率分别为48.4%和56.2%。     

1137 nm长波掺镱光纤激光器的出光实验

分别使用976 nm半导体激光器和1040 nm光纤激光器作为泵浦源,实现了1137 nm长波光纤激光器的出光,输出功率均超过百mW。激光器采用相同的线性腔结构,高反光栅和低反光栅的反射率分别为99.6%和39.7%,增益介质是一段8 m长的掺镱光纤,纤芯直径5 m。当976 nm半导体泵浦功率为912 mW时,1137 nm激光输出功率为182 mW,对应的斜率效率为28.5%;当1040 nm激光功率为1.59 W时,输出的1137 nm激光功率为278 mW,斜率效率约为25%。在此基础上对两种泵浦方式进行了对比分析。     

DBR掺镱光纤激光器激射波长的研究

对基于一少量模光纤光栅和一普通光纤光栅的分布布喇格反射掺镱光纤激光器的激射波长进行了详细研究.通过对普通布喇格光栅的中心波长进行调谐,发现激射波长始终是由两光栅卷积的最大值所确定的等效反射峰值相对光栅反射峰值的偏移以及激射波长相对等效反射峰值的偏移两种机理共同决定的,通过实验证明两种偏移量均不受限于光纤光栅的带宽.对实验结果进行了分析总结.     

后腔镜对掺镱双包层光纤激光器输出特性影响研究

使用国产掺镱双包层光纤搭建了双包层激光器实验系统.将透射率不同的反射镜作为后腔镜进行了激光器输出激光光谱和功率测量.根据激光器数学模型和增益理论,分析了实验中后腔镜参量对激光器输出特性的影响,并深入讨论了后腔镜透射率与激光器输出波长之间的关系.实验表明：后腔镜与激光器输出激光功率和波长紧密联系,通过调节后腔镜的透射率可以优化系统的输出激光特性.     

飞秒脉冲抽运掺镱微结构光纤产生超连续谱的实验研究

本文利用钛蓝宝石飞秒激光器抽运自制的掺镱微结构光纤,对微结构光纤中的非线性效应及超连续谱产生机理进行了实验研究.研究发现,当抽运光偏离Yb~(3+)吸收最高峰85 nm时,仍具有较高的发光效率.在飞秒脉冲抽运下,位于反常色散区的发射光首先被位于正常色散区的抽运光激发、放大并俘获,然后演化为超短脉冲,随后在微结构光纤中产生非线性效应.微结构光纤1发射光位于零色散波长附近,产生基阶孤子并在拉曼作用下红移,微结构光纤2发射光位于距离零色散波长较远的反常色散区,产生高阶孤子分裂效应形成超连续谱,但是1380 nm处的OH-吸收限制了超连续谱的进一步展宽.忽略抽运光耦合效率、微结构光纤损耗等因素的影响,输出光谱中超连续谱的产生效率最高可以达到98%以上,意味着几乎所有的残余抽运光和发射光均展宽为超连续谱.在0.50 m长的微结构光纤中,获得了较高的波长转换效率和较宽的超连续谱.通过拉锥处理,零色散波长发生蓝移,最终产生的超连续谱相在短波处范围展宽,而在长波处范围缩短.因此利用钛蓝宝石飞秒激光器抽运Yb~(3+)掺杂微结构光纤,可以获得可调谐的超连续谱.     

基于铒镱共掺光纤光栅光学上转换的实验研究

通过载氢和紫外光曝光在铒镱共掺光纤上制作了光纤光栅,当波长为976.4nm的半导体连续激光泵浦该光栅时,在只有4mW的抽运功率水平下,便可以观察到显著的上转换蓝绿光辐射,随泵浦功率的增加,辐射强度也在增加。通过单色仪和光电倍增管记录到了绿光、蓝光、紫光和紫外等多波长的上转换辐射光。利用显微镜数码相片证实在同种铒镱共掺光纤中没有上转换现象。     

光纤数值孔径与衰减系数的测量实验

基于光纤数值孔径与衰减系数的概念和测量原理,搭建了相应的实验测量系统,实际测量了光纤的数值孔径和衰减系数,并对实验结果进行了分析。     

掺Yb光纤激光器抽运阈值研究

根据粒子数速率方程,石英中Yb^3 的能级和光谱特性及MucCumber关系式推导了描述掺Yb光纤激光器抽运阈值的表达式,对影响抽运 值的各因素进行了分析,并进行了相应的实验研究,理论值与实验结果符合。     

少模光纤放大器中的准静态模式不稳定实验研究

模式不稳定发现于2010年,是影响高功率光纤激光器功率提升的重要限制因素.当前模式不稳定主要有两类,一类是动态模式不稳定,一类是准静态模式不稳定.本文研究了纤芯/内包层直径为25μm/400μm掺镱双包层光纤后向抽运放大器中的模式不稳定效应.通过对功率、光束质量和时域数据的分析,发现在该放大器中出现了准静态模式不稳定的现象,随着抽运功率的增加,放大器输出光束质量逐步退化,而时域上没有发现明显的动态模式不稳定特性.实验上对不同种子功率下放大器的输出特性进行研究,结果表明,通过提高种子激光功率可以较为有效地提高模式不稳定阈值,在种子功率为528 W时,当输出功率大于3000 W,输出激光效率没有明显下降.