高掺杂浓度掺镱光纤的光子暗化效应

采用光纤激光器和放大器结构方案，观察到了高浓度掺镱光纤（YDF）的光子暗化（Photo-darkening）现象.对激光器阈值和输出功率、放大器输出谱的测量结果表明，光子暗化效应导致了高掺杂浓度YDF的功率转换效率随泵浦作用时间的增加而下降，且下降为单调不可逆过程，但随着泵浦时间的增加，这种下降逐渐变缓、功率转换效率最终可趋于稳定.     

空气包层大模场面积掺镱光子晶体光纤研究

采用改进的化学气相沉积法和气相液相混合掺杂技术制备大芯径掺镱石英光纤预制棒, 以此作为有源纤芯制备了纤芯直径约90 μm的掺镱双包层光子晶体光纤, 纤芯组分为镱铝磷共掺.双包层光子晶体光纤的模场面积约1330 μm², 纤芯数值孔径0.065,包层数值孔径0.5.首次实现了国产掺镱光子晶体光纤的高功率高效率激光输出, 1 m长的光子晶体光纤激光器实现102 W 激光输出,斜率效率76%.     

高功率光子晶体光纤激光器实验研究

利用F-P谐振腔实验研究了高功率掺Yb3+光子晶体光纤激光器。使用915 nm和976 nm两种波长的泵浦源进行双端泵浦,在23 m长的双包层光子晶体光纤中获得了552 W的连续单模激光输出。该激光器的斜率效率约为76%,光-光转换效率为56%,光谱中心波长为1 078 nm,光束质量平方因子为1.2。     

高功率掺镱光纤激光器的非线性效应和研究进展

高功率掺镱光纤激光器在精密加工、国防、科研等领域有重要的应用价值,然而随着功率的提升,光纤内部的非线性效应开始凸显。在此,详细分析了受激布里渊散射(SBS)、受激拉曼散射(SRS)、非线性折射率、横模不稳定(TMI)等非线性效应的产生过程,并提出抑制方法。另外,从光纤振荡器和主振荡功率放大器两个角度,简述了近几年学者们在抑制非线性效应基础上不断提升掺镱光纤激光器输出功率的研究进展。目前,全光纤结构的掺镱振荡器输出功率达到8kW;单纤主振荡功率放大器激光系统输出功率已突破20kW。     

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。     

用于高功率系统的掺镱石英光纤研究进展及发展趋势

掺镱石英光纤是掺镱光纤激光器及放大器的重要基础元件.掺镱光纤性能提升是促进掺镱光纤激光器系统功率进一步攀升的关键.本文回顾了高功率掺镱光纤激光器系统功率攀升情况及功率限制性问题,简述了针对激光功率攀升的瓶颈问题所提出的改善性方案.重点阐述了掺镱光纤制备技术、光纤材料、结构性设计在改善功率限制性方面所取得的研究进展,并对未来掺镱石英光纤的研究及发展趋势进行了展望.     

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%。     

高功率掺镱双包层光纤激光器中光纤损伤及其理论分析

针对高功率掺镱双包层光纤激光器热效应引起的光纤损伤情况,由热传导方程,结合边界条件推导了两端泵浦情况下双包层光纤激光器光纤内的温度分布及热效应引起的应力分布,并对光纤内的温度分布和应力分布进行了数值模拟.结合模拟结果,对光纤的损伤进行了解释,分析了引起光纤热效应的主要因素.对两端泵浦情况的模拟与分析符合高功率光纤激光器的实际工作情况,这对优化高功率光纤激光器的设计有一定的参考价值.     

全光纤声光调Q铒镱共掺双包层光纤激光器

对LD抽运全光纤声光调Q铒镱共掺杂双包层光纤激光器进行了实验研究.采用两个半导体激光器作为抽运源,利用带尾纤声光调制器作为Q开关,以铒镱共掺杂双包层光纤作为增益介质,以光纤布拉格光栅作为反馈器件,在线形腔结构中,获得了波长1 549.47 nm,谱线半峰全宽0.499 nm的稳定激光脉冲序列.脉冲重复频率1~15 kHz可调,在重复频率1 kHz时,得到最大单脉冲能量209 μJ,平均输出功率209 mW,脉冲宽度约100 ns,脉冲峰值功率2 kW.在不同重复频率下,测量了单脉冲能量和平均功率随入纤功率的变化.     

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。     

分布式抽运连续光纤激光器研究

为了避免高功率光纤激光器中光纤端面出现热效应问题,依据多点级联结构的耦合器,对分布式抽运的光纤激光器进行了研究。首先,介绍了实验室自主研制的级联耦合器。然后,分析了耦合器插入对光纤激光器的影响。最后,选用自制的耦合器搭建了分布式抽运的光纤激光器。实验结果表明:对耦合器插入损耗的研究,能够促进高功率级联耦合器的实现。在光纤激光器结构中,975 nm泵浦功率注入1.1 k W时,1 080nm激光功率输出为770 W,光-光转换效率为77%。在主控振荡功率放大结构中,激光功率输出为635 W,放大级的光-光转换效率为78%。分布式抽运方式可以使泵浦光多点注入,避免了热量的集中,能够获得千瓦级的激光功率输出。     

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。     

Research of the Mode Instability Threshold in High Power Double Cladding Yb‐doped Fiber Amplifiers

We experimentally investigate the behavior of the mode instability (MI) threshold in the double cladding Yb‐doped fiber amplifier when the amplifier is pumped by broad linewidth laser diodes and narrow linewidth laser diodes respectively. It is found that the MI threshold increases by 26% when the amplifier is pumped by the broad linewidth laser diodes. Experiment results show that the MI threshold is affected by the local heat load rather than the average or the total heat load. The calculation shows that the local heat deposit actually plays the key role to stimulate the MI behaviour. At the MI threshold position in the fiber, the local heat deposit also changes dramatically. The effect of the thermal conductivity on the MI threshold is also studied. Our investigation shows that the MI threshold increases from 1269 W to 1950 W when the thermal conductivity of the fiber amplifier is increased from 0.3  to 5 . Through optimizing the pump linewidth and the cooling efficiency of the gain fiber, the MI threshold is doubled in our experiment.     

纤芯错位对高功率光纤激光性能的影响

理论分析了纤芯错位对激光输出功率及光束质量的影响,研究表明,纤芯错位后纤芯中的各个模式均有一定的功率衰耗,且基模总会向高阶模耦合,导致光束质量下降。采用20/400 m的双包层掺镱光纤,搭建了高功率全光纤激光振荡系统,实验研究了谐振腔外纤芯错位、谐振腔内纤芯错位以及谐振腔内和谐振腔外纤芯同时错位几种不同的情况对输出激光性能的影响,结果表明,谐振腔内纤芯错位和谐振腔外纤芯错位都会造成激光器性能的下降,但谐振腔内纤芯错位将导致激光器功率明显下降,而谐振腔内和谐振腔外同时错位会导致激光器光束质量急剧下降。     

高功率激光脉冲光纤取样的实验研究

光纤取样可以降低高功率激光脉冲时间波形测量成本,并提高测量系统抗干扰能力。光纤耦合效率、信号保真度、信号获取率是采用光纤取样测量高功率激光脉冲时间波形的难点。针对大型高功率激光脉冲宽度窄、光束口径大以及输出光束远场漂移量大等特点,设计了一套激光脉冲光纤取样系统,在全口径取样和不降低信号保真度的条件下有效解决了测量系统信号获取率低下的问题,充分保证了测量系统的可靠性。     

短腔Er/Yb光纤光栅激光器

报道采用光敏Ｅｒ／Ｙｂ 光纤制作短腔Ｅｒ／Ｙｂ 光纤光栅激光器的实验结果。激光谐振腔由一对直接写在３０ ｍ ｍ 长的Ｅｒ／Ｙｂ 光纤上、长度分别为６ ｍ ｍ 及１０ ｍ ｍ 、反射率分别为９０％ 及９８．６％ 、３ ｄＢ带宽分别为０．２８ ｎｍ 及０．２６ ｎｍ 的光纤布拉格光栅组成, 激光器的泵浦阈值为８ｍ Ｗ, 斜效率约１４％ , 输出光的信噪比为６１ ｄＢ, 偏振模抑制比为３０ ｄＢ。     

光纤激光功率溯源至低温辐射计方法

介绍了1.3 μm/1.5 μm光纤激光功率溯源至低温辐射计的测量方法,与传统溯源至绝对辐射计的方法相比较,最终利用低温辐射计法通过633 nm波长稳定光源标定陷阱式探测器,然后用陷阱式探测器将量值传递到陷阱式量传探测器,最后通过1310 nm/1550 nm通信用光功率稳定光源通过热释电光功率计标定InGaAs光电探测器并用于测量光纤功率。实验结果表明,溯源至低温辐射计的光纤功率测量方法在1310 nm及1550 nm波长点处对一标准光功率计修正系数测量的相对标准差分别为0.0011及0.0007,其测量不确定度可优于0.6％(k=2),在保证量值一致性的同时有效降低了测量不确定度,提高量值传递精度。     

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。