基于高非线性光纤的增益谱平坦拉曼光纤放大器研究

针对光纤通信中密集波分复用系统各信道的在线平坦光放大这一光通信问题,提出利用级联高非线性光纤来设计增益平坦的拉曼光纤放大器。对高非线性光纤(As S光纤)拉曼增益谱前后沿进行线性拟合处理,利用不同波长泵浦抽运同种光纤,实现前放大后增益补偿,并考虑信号光损耗不同,在输出端得到了一个近似固定的功率输出值,并分析了影响拉曼光纤放大器输出特性的因素。模拟结果表明:平均增益为20.45 dB,增益平坦度为0.15 dB。     

Stochastic phenomena in a fiber Raman amplifier

The interplay of such cornerstones of modern nonlinear fiber optics as a nonlinearity, stochasticity and polarization leads to variety of the noise induced instabilities including polarization attraction and escape phenomena harnessing of which is a key to unlocking the fiber optic systems specifications required in high resolution spectroscopy, metrology, biomedicine and telecommunications. Here, by using direct stochastic modeling, the mapping of interplay of the Raman scattering‐based nonlinearity, the random birefringence of a fiber, and the pump‐to‐signal intensity noise transfer has been done in terms of the fiber Raman amplifier parameters, namely polarization mode dispersion, the relative intensity noise of the pump laser, fiber length, and the signal power. The obtained results reveal conditions for emergence of the random birefringence‐induced resonance‐like enhancement of the gain fluctuations (stochastic anti‐resonance) accompanied by pulse broadening and rare events in the form of low power output signals having probability heavily deviated from the Gaussian distribution.

     

双纵模窄线宽光纤拉曼放大器

 报道了一台实现了双纵模窄线宽激光输出的光纤拉曼放大器。利用中心波长1 079.7 nm的双纵模窄线宽种子激光器获得了频率间隔1.4 GHz、功率比约3∶1的双纵模输出,各纵模的线宽约为10 MHz;再利用1 031 nm泵浦光对双纵模种子光进行拉曼放大,实现了1.07 W双纵模激光输出。拉曼放大过程中,两个纵模的线宽、频率间隔及功率比保持得很好。     

单频光纤拉曼放大器的实验研究

本文进行了1031 nm抽运光对1080 nm单频信号光的拉曼放大实验,详细研究了单频信号光种子功率、拉曼增益光纤长度、抽运方式等因素对 单频光纤拉曼放大器(SF-FRA)输出特性的影响.结果表明,在未受受激布里渊散射(SBS)因素限制时,相同抽运功率条件下,单频信号光种子功率越高,SF-FRA的效率越高;拉曼增益光纤越长,SF-FRA的效率越高;前向抽运时,SF-FRA的效率较高.实验中发现SF-FRA的拉曼放大过程对单频信号光的线宽有较小的展宽.此外,单频信号光远场干涉短曝光图像的对比度为0.814,单频信号光与SF-FRA放大光远场干涉短曝光图像可见度为0.719,表明SF-FRA对单频信号光的相干性有一定影响.实验结论可为其他特殊波长SF-FRA的设计提供一定的参考.     

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。     

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。     

高峰值功率大模场全光纤脉冲放大器

报道了一种由纤芯直径分别为15 μm和25 μm的大模场光纤组成的全光纤脉冲放大器模块。当注入脉冲宽度为10 ns,重复频率为1 Hz,光谱宽度为0.3 nm,脉冲能量为80 nJ的激光脉冲时,经过两级放大输出的激光脉冲峰值功率为30 kW,单脉冲能量为300 μJ。此外,实验研究了该放大器模块输出的时间特性。研究发现：由于受激布里渊散射（SBS）效应,限制了单纵模光纤激光在光纤中的高能量放大,采用宽带激光脉冲可以有效地抑制SBS效应,提高光纤放大器的SBS阈值。     

Pulsed ytterbium-doped large mode area double-clad fiber amplifier in MOFPA configuration

A pulsed master oscillator fiber power amplifier working in nanosecond range has been developed. An ytterbium-doped double-clad (large mode area) optical fiber was used as an amplifying medium. Actively Q-switched Nd:YVO laser was used as a seed of light pulses. The system worked at the repetition rate from 10 kHz to 40 kHz. At the amplifier output, pulses of 10.9 kW peak-power were achieved. The laser system worked at the slope efficiency of 30%.     

高峰值功率大模场全光纤脉冲放大器

报道了一种由纤芯直径分别为15μm和25μm的大模场光纤组成的全光纤脉冲放大器模块.当注入脉冲宽度为10 ns,重复频率为1 Hz.光谱宽度为0.3 nm,脉冲能量为80 nJ的激光脉冲时,经过两级放大输出的激光脉冲峰值功率为30 kW,单脉冲能量为300μJ.此外,实验研究了该放大器模块输出的时间特性.研究发现:由于受激布里渊散射(SBS)效应,限制了单纵模光纤激光在光纤中的高能量放大,采用宽带激光脉冲可以有效地抑制SBS效应,提高光纤放大器的SBS阈值.     

高精度控制多泵浦实现宽带平坦的拉曼放大

设计了基于PID控制技术的高精度激光器温度控制和功率控制模块。激光器驱动电流控制精度为0.1mA,系统温漂小于25mK,实现了泵浦激光器24h波长漂移小于0.02nm。依据遗传算法,采用5波长大功率半导体激光器后向泵浦和100.8km色散位移光纤,实现了带宽为90nm、增益平坦度为0.87dB的拉曼放大。     

带光放大器的分布式光纤拉曼温度系统

 详细阐述了红外双波长带光放大器的分布式光纤拉曼温度系统原理,为了抑制放大器的自发辐射增长、温漂噪声积累、瑞利背向散射光窜扰反斯托克斯背向散射光,采用两条已知温度的曲线和最近测量温度曲线的解调方法,提高了系统的测温精度和稳定性并降低了系统的成本。实验结果与理论分析一致,系统的测温误差在±0.1 ℃内。     

Impacts of seed power on amplification performance in pulsed double-clad fiber amplifier

A pulsed master-oscillator fiber power amplifier system with near diffraction-limited output by use of China-made large-mode-area fiber and a （2 ＋ 1） × 1 multimode combiner is reported. The effect of the seed power on the amplification performance is found. For the seed power, there exists a range within which the pulsed fiber amplifier can operate safely and reliably at a certain pump power. With the seed average power of 70 mW, the amplification performances of the fiber amplifier are investigated.     

双纵模窄线宽光纤拉曼放大器

报道了一台实现了双纵模窄线宽激光输出的光纤拉曼放大器。利用中心波长1 079.7 nm的双纵模窄线宽种子激光器获得了频率间隔1.4 GHz、功率比约3∶1的双纵模输出,各纵模的线宽约为10 MHz;再利用1 031 nm泵浦光对双纵模种子光进行拉曼放大,实现了1.07 W双纵模激光输出。拉曼放大过程中,两个纵模的线宽、频率间隔及功率比保持得很好。     

基于混合光纤放大器的波分复用光纤传输系统研究

在研究了入纤功率、光器件的插入损耗以及非归零码中1码出现的概率对系统误码率影响的基础上,提出了一种基于混合光纤放大器的波分复用(WDM)光纤传输系统设计方案,并对该系统的噪声特性进行了详细地研究。提出了一种抑制前向噪声的有效方法,实现了20路WDM信号320km无误码传输。试验结果对基于混合光纤放大器的波分复用光纤传输系统的设计具有一定的指导意义。     

半导体激光泵浦单频高功率光纤放大器的研究

在讨论单频高功率光纤放大器工作原理的基础上,评述了单频高功率光纤放大器的最新进展。指出了单频高功率光纤放大器的关键技术:稳定可靠的、光频特性优良的信号源;吸收效率高的、受激布利渊散射泵浦阈值功率低的增益光纤;高效的耦合系统。     

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。

     

New trend for optical signal-to-noise ratio of disturbed Raman fiber amplifier

In a distributed Raman fiber amplifier (DRFA), Raman amplification allows a lower signal launch powers to transverse the span above the noise floor while still increasing the optical signal-to-noise ratio (OSNR). It improves the noise figure and reduces the nonlinear penalty of fiber systems. In this paper, we demonstrate a new trend of OSNR at different pump configurations: forward, backward and bidirectional pumping for DRFAs as a function of fiber length. We also present the variation of OSNR with both input pump power and input signal power. It is found that forward pumping provides the highest OSNR, reaching its maximum value of 37 dB. However, backward pumping provides the smallest OSNR that has its maximum of 22 dB and the bidirectional pumping provides the moderate OSNR between the others having its peak of 26 dB.     

掺镱双包层光纤放大器分布泵浦方式下的优化算法

利用平均反转率迭代算法计算掺镱双包层光纤放大器分布泵浦方式下的稳态速率方程组,并采用遗传算法对分布泵浦功率的大小和每段光纤长度同时进行优化。评估函数中引入了每段光纤中最高温度的标准方差,以确保每段光纤中的最高工作温度是相同的。通过优化,7段泵浦的最高温度和标准方差分别为126.34 ℃和1.95 ℃ ,8段泵浦条件下的最高温度和标准方差分别为119.76 ℃和2.12 ℃。而未经优化的7段泵浦的最高温度和标准方差分别为147.12 ℃和21.37 ℃,8段泵浦条件下的最高温度和标准方差分别为139.95 ℃和20.83 ℃。计算结果表明：泵浦方式的优化降低了最高温度和标准方差,实现了光纤中温度分布的均匀性,并且通过增加泵浦段数可以进一步降低最高温度和平坦温度分布。     

基于M型掺镱光纤的近单模2 kW光纤放大器

模式不稳定效应和非线性效应已经成为高功率光纤激光器中限制输出功率和光束质量进一步提升的主要障碍.采用改进的化学气相沉积工艺结合溶液掺杂技术制备25/400μm的M型掺镱双包层光纤,纤芯和中间凹陷区域的数值孔径分别为0.054和0.025.基于该光纤搭建976 nm双向泵浦全光纤结构放大器.在泵浦光功率为3283 W时,获得2285 W中心波长为1080 nm的激光输出,3 dB线宽为3.01 nm,测量的光束质量因子为1.42,且未出现受激拉曼散射现象.这是目前基于M型掺镱光纤实现的最高输出功率,通过优化光纤结构参数实现功率进一步提升是有希望的.     

高功率掺镱双包层光纤放大器放大特性理论模拟

运用掺镱双包层光纤放大器的理论模型,分析了连续和脉冲光放大时放大自发辐射(ASE)的计算方法。采用Runge-Kutta方法求解了考虑ASE稳态时掺镱双包层光纤放大器的放大特性,采用有限差分法求解了矩形、高斯和超高斯脉冲的放大特性。结果表明：用3 m长的双包层光纤、10 W的泵浦功率可以将脉宽3 ns、峰值功率为1 W的脉冲信号光峰值功率放大到15 kW左右;在饱和增益情况下,脉冲的波形变尖,宽度变窄;采用短的大模场双包层光纤和后向泵浦方式可以有效地降低ASE,并避免有害非线性效应。