单频脉冲光纤放大器中受激布里渊散射实验研究

从实验上研究了掺镱(Yb)双包层光纤放大器中单频脉冲信号放大时,受激布里渊散射(SBS)引起的脉冲畸变现象。实验中采用的单频双包层光纤放大器光纤长度14m,内包层直径130μm,纤芯模场直径6.5μm,在单频脉宽200 ns脉冲放大,且峰值功率3.3 W时观察到后向SBS脉冲,脉宽明显小于输入信号脉宽,分析了受激布里渊散射引起放大脉冲波形畸变的随机特性和功率特性,并采用自由光谱范围30 GHz的法布里-珀罗(F-P)扫描干涉仪验证了SBS频移。     

光纤光栅与受激布里渊信号的耦合特性

近年来,光纤布拉格光栅传感器与全分布式光纤传感器的融合技术受到了广泛关注,然而光纤布拉格光栅与布里渊信号之间的耦合特性鲜有报道。本文研究了光栅类型、波长、反射率及光纤的光致折射率对受激布里渊信号的影响规律,并探讨了空间分辨率对光纤布拉格光栅定位功能的影响。实验结果表明,在布里渊光时域分析系统中,光纤布拉格光栅处有尖锐的反射峰,而啁啾光栅、长周期光栅及光致折射率变化的光纤处均未出现尖锐的反射峰;光纤布拉格光栅反射率与受激布里渊散射功率谱无关;当光纤布拉格光栅的波长接近1 550 nm时,对受激布里渊频移测量的影响最大;在8 m的长度范围内,光纤布拉格光栅的定位误差约为4 cm,并且与空间分辨率无关。     

多模布里渊光时域反射系统的建模分析与计算

提出了一种基于多模法布里-珀罗激光器外调制的移频本地外差检测布里渊光时域反射系统,分析了系统提高光纤受激布里渊散射阈值和移频本地外差检测的原理;推导了系统信噪比的数学表达式,研究了布里渊叠加谱峰功率和谱宽、系统信噪比和频移测量精度与纵模数的关系,以及实现最优测量精度时纵模数与脉冲宽度的关系,得到了相应的拟合公式。结果表明,选用纵模间隔0.141nm的多模激光器和单纵模峰值功率100mW、脉冲宽度50ns的入纤脉冲时,随着纵模数的增加,25km光纤末端的系统信噪比、温度和应变测量精度均得到了明显提高,且纵模数为20时,系统信噪比相对于单纵模增加11.73dB,温度和应变测量精度分别达到最佳值3.2℃和70.8με;最佳频移测量精度随脉冲宽度的增大先快速提高,后趋近于恒定值2.9 MHz。     

包层泵浦全光纤调Q激光器

本文研究了包层泵浦全光纤调Q激光器。掺Yb光纤为增益介质，光纤光栅和光纤的垂直端面作为腔镜，利用光纤中的受激布里渊散射和光纤干涉环实现了较稳定的自调Q脉冲输出。在连续泵浦方式下得到了脉宽3.6ns、周期约25μs、峰值功率600W的光脉冲。     

脉冲泵浦掺镱双包层光纤激光器的动力学研究

对脉冲泵浦的掺镱双包层光纤激光器进行了实验研究.采用重复频率1-10 kHz、脉宽100 μs的976 nmLDs泵浦,实现了脉宽小于10 ns的稳定激光脉冲输出.并对该激光器的动力学过程进行了分析,首次提出了在脉冲泵浦光纤激光器中产生ns脉冲是瑞利散射和受激布里渊散射共同作用的结果.     

少模光纤中受激布里渊散射的慢光

利用全矢量有限元法计算了少模光纤中模内和模间受激布里渊散射各模式布里渊频移和布里渊增益谱,模拟了泵浦功率、有效传输长度及脉冲宽度对各模式慢光时间延迟量、脉冲展宽因子的影响.模拟结果表明:少模光纤中不同传输模式产生的受激布里渊散射慢光特性不同,输入泵浦功率及有效传输长度越大,各模式的慢光时延量、展宽越大,且当输入泵浦功率相同时,模内的慢光时延量、展宽因子均大于模间的.优化参数可得,在输入泵浦功率为0.5W,光纤有效长度为1km的条件下,LP_(01)-LP_(01)、LP_(11)-LP_(11)及LP_(01)-LP_(11)模式的时间延迟量分别为643.7ns、362.6ns和213.2ns,其展宽因子分别为1.346、1.207和1.126.     

光纤放大器中的受激布里渊散射阈值

 从受激布里渊散射(SBS)耦合波理论出发,根据双包层光纤放大器中的受激布里渊散射阈值模型,理论仿真了信号带宽、纤芯直径、放大器增益对SBS阈值的影响,并从实验上研究了单频百纳秒脉冲信号在掺镱双包层光纤放大器中的受激布里渊散射现象。实验中输入脉冲信号重复频率1 Hz,脉宽200 ns,对不同的输入脉冲信号放大,前向放大脉冲在脉冲能量660 nJ、峰值功率3.3 W时出现畸变,产生后向SBS窄脉冲,达到了SBS阈值,实验计算的SBS阈值与理论分析结果基本一致。     

小芯径光子晶体光纤中基于前向受激布里渊散射的超光速传输特性（英文）

理论研究了小芯径光子晶体光纤中基于前向受激布里渊散射的快光.利用前向受激布里渊散射三波耦合方程,通过傅里叶变换,计算小芯径光子晶体光纤中的群折射率和增益系数.用有限元法模拟了声场和光场的分布、信号光时间提前量和展宽因子.小芯径光子晶体光纤中光场与声场可以有效地重叠在纤芯中,增强了它们之间的非线性相互作用,导致强的受激布里渊散射和大的时间提前量.随着信号光传输距离的增加,时间提前量成非线性增长,与此同时,信号光被压缩.随着初始脉冲的增大,脉冲展宽因子逐渐趋于平稳.当传输距离为70 m,初始脉冲宽度为200 ns,泵浦功率为600 mW,计算出时间提前量为21.76 ns和脉冲展宽因子为0.77.     

基于啁啾光纤布拉格光栅的掺镱保偏锁模光纤激光研究

利用啁啾光纤布拉格光栅作为光谱滤波器和色散控制元件来控制掺镱保偏锁模光纤激光的光谱形状和腔内色散.实验装置采用线性腔设计,利用半导体饱和吸收镜作为锁模器件,实现掺镱保偏光纤激光器的被动锁模激光输出.当泵浦功率为52 mW时,获得了脉冲宽度为4.26ps,重复频率为15.7 MHz,平均功率为9.8mW的稳定锁模脉冲激光输出.输出激光中心波长为1 030nm,3dB谱宽为7.2nm,对应理想傅里叶变换极限脉宽约为150fs.     

光子晶体光纤中去极化声波导布里渊散射温度及应变响应

数值求解了光子晶体光纤中的去极化型声波导布里渊散射色散方程,研究了光子晶体光纤中的布里渊频移随泵浦波长及空气孔填充率的变化关系,以及去极化型声波导布里渊散射频移随温度、应变、声波导模式、纤芯直径及空气孔层数的关系。结果表明:布里渊频移随着波长的增大而线性减小。对于相同的波长点,增大光子晶体光纤空气孔填充率时,声波横向速度将会减小。去极化型声波导布里渊散射频移随温度及应变的增大而线性增加。同一温度条件下,高阶TR2m模式的去极化型声波导布里渊散射频移对温度的变化更为敏感;而在同一应变条件下,低阶TR2m模式的去极化型声波导布里渊散射频移对应变的变化更为敏感。去极化型声波导布里渊散射频移随纤芯直径的增加而增大,随空气孔层数的增加而减小。     

基于锯齿波脉冲抑制自相位调制的高功率窄线宽单频脉冲光纤激光放大器

报道了基于锯齿波脉冲抑制自相位调制(SPM)的高功率窄线宽单频脉冲光纤激光放大器.通过优化掺镱(Yb)石英有源光纤的长度,在保证输出功率和转换效率的同时提高单频光纤激光放大器中的受激布里渊散射阈值,并采用脉冲波形为锯齿波的种子光,利用其光强对时间的变化率为常数的特性有效抑制了SPM效应导致的激光光谱展宽现象.主放大级泵浦功率为11.3 W时获得了平均输出功率为3.13 W、脉冲重复频率为20 k Hz的1064 nm单频激光输出;此时脉冲宽度为6.5 ns,对应峰值功率为24 k W,测得光谱线宽仅为83 MHz,接近变换极限水平.与采用常规高斯波形脉冲种子光的对照实验相比,锯齿波形脉冲对SPM所致的光谱展宽具有显著抑制效果,为高功率窄线宽脉冲光纤激光放大器提供了一种行之有效的方法.     

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.     

双包层掺镱光纤激光器连续和调Q运转的实验研究

采用布拉格光纤光栅作为谐振腔,实现了980 nm半导体激光器端面泵浦下的双包层掺镱光纤激光器的连续和调Q运转.连续激光实验结果表明,在泵浦功率固定时,增益光纤存在激光输出功率最大情况下的最佳长度,当泵浦功率增大时,最佳增益光纤长度也随之增加.采用石墨烯分散液作为可饱和吸收体,插入增益光纤与布拉格光纤光栅之间,实现了光纤激光器的稳定被动调Q运转.当泵浦功率为2.87W时,得到了最小脉冲宽度33 ns、重复率38.5 kHz的脉冲序列;随着泵浦功率进一步增大,出现不稳定的调Q锁模现象.     

光纤布拉格光栅嵌入SMS光纤结构的湿度传感器

提出了一种基于光纤布拉格光栅嵌入单模-多模纤芯-单模(single-mode-multimode fiber core-single mode, SMS)光纤结构的湿度传感器。当环境湿度变化时,SMS光纤结构的干涉光谱会发生漂移,而光纤布拉格光栅对湿度不敏感,其纤芯基模保持不变。因此利用SMS光纤结构对环境湿度的敏感性去调制光纤布拉格光栅纤芯基模,通过检测光纤布拉格光栅纤芯基模的反射能量变化就可以实现湿度测量。数值模拟了SMS光纤结构的内部光场分布规律,理论计算了不同环境折射率时,多模纤芯的长度、直径对SMS光纤结构输出能量耦合系数的影响。理论模拟表明,随着环境折射率变化,SMS光纤结构中传输的纤芯基模的输出能量耦合系数会发生变化。同时制作了传感器样品并对其进行了传感实验研究,实验结果表明多模纤芯长35 mm、纤芯直径为85 μm的传感器在45%～95%RH湿度变化范围内,湿度灵敏度为0.06 dBm·(%RH)-1。在20～80 ℃温度范围内,传感器的温度灵敏度为0.008 nm·℃-1,温度所带来的湿度测量误差为0.047%RH·℃-1。传感器具有制作简单、灵敏度高、反射式能量检测等优点,在湿度测量领域有一定的应用价值。     

掺镱光纤放大器泵浦脉宽优化

为抑制低重复频率高能脉冲光纤主振荡功率放大(MOPA)系统的放大自发辐射(ASE)效应,达到脉冲泵浦的最佳放大效果,需要对泵浦脉宽进行优化。基于求解速率方程和功率传输方程,理论研究了脉冲泵浦下掺镱光纤放大器上能级粒子数密度、光纤内存储能量、正反向放大自发辐射的瞬态响应。在给定的泵浦功率、光纤长度、纤芯面积和掺杂数密度等参数下,数值计算得到的优化泵浦脉宽为793 s。此外,实验测定了ASE的建立时间; 通过调节泵浦脉宽,测定了脉冲泵浦下掺镱光纤放大器的放大效果,实验中得到的泵浦脉宽的优化值为800 s,证明了数值模拟的正确性。     

增益调制高重频脉冲光纤激光器实验研究

采用脉冲泵浦方案,研制出了基于增益调制技术的全光纤结构高重频脉冲激光器。采用电路直接调制的激光二极管作为泵浦源,双包层光纤作为增益介质,构造了光纤光栅选模的线形腔结构。实验中通过调整泵浦光脉冲宽度和光纤激光器谐振腔长度,得到了稳定的高重频脉冲。在100kHz重复频率下,采用21W的峰值泵浦功率和2.5μs的泵浦脉冲宽度,获得了1.06μm波长,脉冲宽度247ns的稳定脉冲激光输出。脉冲峰值功率一致性好,平均功率长期功率稳定性为2%。观察并分析了由于纵模拍频在脉冲包络上产生的次脉冲特性。通过一级放大实现89.6 W输出。     

基于布里渊散射光时域分析的形状传感研究

搭建了基于布里渊散射光时域分析技术的应变测量系统,采用七芯光纤作为分布式形状传感器,通过测量七个纤芯在弯曲时的布里渊散射谱,验证了七芯光纤偏芯之间每两个对称芯所受应变值相等且互为相反数的特点。对比七芯光纤中间芯与偏芯的布里渊增益谱,测得偏芯在不同弯曲半径下的布里渊频移变化,得到偏芯在每个位置受到的应变值。利用并行传输标架形状重构算法对七芯光纤在曲率直径为0.112 m和0.052 m时的形状进行了重构,当曲率直径为0.112 m时,曲率重构误差为0.375%。     

掺Yb3+光纤F-P腔被动锁模激光器的实验研究

 掺镱(Yb³⁺光纤被动锁模激光器谐振腔采用线性腔结构，腔内插入二分之一波片和偏振分束器引入偏振旋转，结合半导体可饱和吸收镜的自起动，实现稳定的被动锁模运转。腔内插入光栅对，提供负的群速度色散，以补偿光纤所带来的正色散，达到压缩脉宽的目的。当泵浦功率为300 mW、光栅对的距离为10 cm时，获得稳定的锁模运转，锁模输出功率28 mW，脉冲重复频率20 MHz，输出光谱宽度达15 nm，按脉冲变换极限公式，其脉冲时间宽度与频带宽度的乘积为0.315计算，脉宽可达100 fs以下。     

高峰值功率掺Yb3+石英光纤脉冲单频MOPA

报道了基于掺Yb³⁺石英有源光纤的高峰值功率脉冲单频激光主振荡功率放大器(MOPA)。实验研究了主放大器中有源光纤长度对脉冲单频激光峰值功率、受激布里渊散射(SBS)阈值和光-光转换效率的影响,为优化激光器的转换效率和抑制SBS效应提供了依据。当使用的有源光纤长度为0.9 m时,21 W泵浦功率下脉冲宽度为2.4 ns、重复频率为20 kHz的1064.4 nm脉冲单频激光的平均输出功率为4.37 W,且没有明显的连续波放大自发辐射(ASE)成分,对应的单脉冲能量为0.22 mJ,峰值功率可达91 kW。最大输出功率时脉冲单频激光光谱线宽为279 MHz,光信噪比为45 dB,光束质量因子M2为1.44。     

中红外波段As2S3光子晶体光纤中受激布里渊散射的研究(英文)

通过有限元方法研究了As₂S₃光子晶体光纤在2μm至6μm波段的受激布里渊散射。数值结果表明,当空气占空比小于0.6时,所提出的光子晶体光纤可保持单模工作。布里渊频移主要受泵浦波长和光纤结构的影响,泵浦波长从2μm增加到6μm时,布里渊频移减小了4.16 GHz;而当空气占空比由0.5增加到0.6时,布里渊频移变化量仅为兆赫兹量级。布里渊增益谱的半高全宽取决于声子寿命,泵浦波长为2μm时布里渊增益谱的半高全宽是泵浦波长为6μm时的9倍。在空气填充率为0.5和0.6的情况下,提出的光子晶体光纤的最大布里渊增益分别为2.413×10^-10 m/W和2.429×10^-10 m/W。在光纤有效长度相同的条件下,布里渊阈值与泵浦波长正相关,在空气填充率为0.5和0.6的光子晶体光纤中,使用6μm泵浦时的布里渊阈值比使用2μm时分别增大了27.8%和19.6%。这些数值结果对于中红外波段设计和制造基于所提出光纤的光学设备或光学传感器具有重要意义。