500 kHz高速扫频光源的研制

基于半导体光放大器和高速光纤法布里-珀罗滤波器,搭建了一个用于产生高速扫频激光的短环形腔。滤波器从长波到短波扫描时,关闭半导体光放大器的偏置电流,可以获得50%占空比的扫频激光。借助交织器,可以获得占空比为100%的扫频激光。再利用二级半导体光放大器,可以进一步提高扫频激光的输出功率。经测试,本扫频激光的扫描频率为500 kHz,中心波长为1550 nm,扫描范围达到67 nm,有效相干长度为6.5 mm,平均输出功率大于20 mW。     

傅里叶域锁模扫频激光光源

报道了一种傅里叶域锁模(FDML)的扫频激光光源.扫频激光光源由激光谐振腔和光功率增强单元组成,激光谐振腔主要包含增益介质、调谐滤波器和延迟线.增益介质采用了两个串联的半导体光放大器,调谐滤波器则采用了基于利特罗结构的光栅旋转多面镜.研制的FDML扫频激光光源的中心波长为1290 nm,扫频速度为14.8 kHz,扫频...     

基于法布里-珀罗调谐滤波器的傅里叶域锁模扫频激光光源

报道了一个光纤型1300 nm波段的傅里叶域锁模(Fourier domain mode locking, FDML)扫频激光光源, 用于扫频光学相干层析成像技术 (optical coherence tomography, OCT) 成像. 本实验扫频激光光源采用包含增益介质、调谐滤波器和延迟线组成的长腔激光谐振腔以及光功率增强单元. FDML扫频激光光源具有快速和高度稳定运转模式, 相位稳定性好. 基于法布里-珀罗调谐滤波器(fiber Fabry-Perot tunable filter, FFP-TF)的FDML扫频激光光源扫频范围为130 nm, 半高全宽为70 nm, 输出平均功率是11 mW. 与基于FFP-TF的短腔的扫频光源做了对比研究, FDML扫频光源速度从短腔的8 kHz提高到了48.12 kHz, 对应生物组织OCT成像轴向分辨率为7.8 μm, 比短腔的减小了1.9 μm. 关键词： 光学相干层析技术 扫频激光光源 傅里叶域锁模 法布里-珀罗调谐滤波器     

光梳主动滤波放大实现锶原子光钟二级冷却光源

提出一种结合注入锁定技术的主动滤波放大方法,将光梳直接注入锁定至光栅外腔半导体激光器,产生窄线宽激光光源,该光源可以用于锶原子光钟二级冷却.实验中,将中心波长为689 nm,带宽为10 nm的光梳种子光源注入689 nm光栅式外腔半导体激光器,通过半导体增益光谱与半导体光栅外腔,从飞秒光梳的多个纵模梳齿中挑选出一个纵模模式来进行增益放大,再通过模式竞争,实现单纵模连续光输出;同时,光梳的重复频率锁定在线宽为赫兹量级的698 nm超稳激光光源上,因此,注入锁定后输出的窄线宽激光也继承了超稳激光光源的光谱特性.利用得到的输出功率为12 mW的689 nm窄线宽激光光源实现了88Sr原子光钟的二级冷却过程,最终获得温度为3μK,原子数约为5×10~6的冷原子团.该方法可拓展至原子光钟其他光源的获得,从而实现原子光钟的集成化和小型化.     

同带抽运高效率光纤放大器

以光纤光栅为谐振腔搭建了波长为1020 nm的光纤激光器,并通过两级级联放大获得了590 mW的最大输出功率. 利用获得的波长为1020 nm的激光进行了波长为1064 nm种子光同带抽运放大,实验研究了不同增益光纤长度时放大器的输出功率和转换效率. 当增益光纤长度为8.5 m时,放大器最大输出功率为385 mW,斜率效率为81%. 进行了波长为976 nm的半导体激光器直接抽运波长为1064 nm种子光的实验. 在增益光纤长度最优时,其斜率效率为56.4%. 实验结果表明,同带抽运方式比传统抽运方式具有更高的转换效率. 研究结果可为波长为1020 nm的激光高功率放大和波长为1064 nm的光纤激光高功率同带抽运放大提供一定的参考. 关键词： 同带抽运 光纤放大器 斜率效率     

基于MOPA结构的1120nm掺Yb光纤放大器

基于主振荡功率放大器,采用1120nm光纤激光器作为种子激光,将其注入20m大模场面积单模双包层掺Yb光纤放大器,并用976nm半导体激光器泵浦实现了1 120nm信号光输出.实验中将注入种子激光功率预设为10mW,当半导体激光器泵浦功率增大至1.5 W时,放大器系统开始输出1 120nm信号光.当泵浦功率低于3.4W时,信号光功率随泵浦功率缓慢增长,系统斜率效率较低;而当泵浦功率高于3.4W时,信号光功率随泵浦功率线性增长,斜率效率明显增大,达到48.5%.限于最大注入泵浦功率为6.8W,放大器输出最高1 120nm信号光功率为1.97W,总的光-光转化效率为29%.输出信号光中心波长为1 120.89nm,线宽为0.02nm,极好地保持了种子激光的特性.结合实验情况,利用双包层光纤放大器的稳态理论模型,采用有限差分方法模拟了放大器输出信号光功率随泵浦光功率的变化曲线,结果显示理论模拟所得变化趋势与实验结果吻合良好,系统将在泵浦功率达到200W左右时达到饱和状态,说明目前光纤放大器系统具有很大的功率提升空间.     

1018nm光源及光纤激光同带抽运实验研究

设计了级联式全光纤1018nm光源。该光源采用两级级联放大方案,实现了对低功率1018nm种子光的放大,获得了4.2W的最大输出功率,并分析了影响放大效率的因素。以获得的1018nm激光为抽运源,进行了1070nm信号光的同带抽运放大器实验研究,测量了放大器的输出特性。在纤芯抽运实验中,获得了明显的放大效果和较高的功率转换效率。进行了瓦量级包层同带抽运的实验研究,分析了导致包层抽运实验中功率转换效率偏低的原因并提出了解决方案。     

间隔0.173nm的可调谐多波长布里渊掺铒光纤激光器

使用四端口环行器和可调谐滤波器,设计了一种间隔为双倍布里渊频移的多波长布里渊掺铒光纤激光器.该光纤激光器中使用的四端口环形器可以限制奇次阶斯托克斯光在腔内循环并耦合输出初始泵浦光和偶次阶斯托克斯光,而可调滤波器抑制环形腔所形成的自激振荡模,增加了激发多波长激光的功率,从而增加多波长输出个数及其调谐范围.在布里渊泵浦功率为8dBm、980nm泵浦功率为279mW时,实验获得波长间隔为0.173nm的6个波长的激光输出,输出激光的可调谐范围为28nm.     

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。     

915nm泵浦混合掺铒/铒镱共掺双包层光纤放大器

研究了一种混合掺铒/铒镱共掺光纤放大器,用掺铒光纤放大器作为输入信号的预放大器,用铒镱共掺双包层光纤放大器作为主放大器。掺铒光纤放大器采用20m长掺铒光纤作为增益介质,采用最大输出功率318mW的单模半导体激光器二极管作为泵浦源,预放大器获得的最大输出功率是113mW。铒镱共掺光纤放大器采用14m长铒镱共掺双包层光纤作为增益介质,采用2个915nm多模半导体激光二极管作为泵浦源,在输入信号功率为10mW、信号波长1555nm时,混合光纤放大器获得了最大输出功率为32.04dBm,即1.6W,与此相应的混合光纤放大器的光-光转换效率为18.5%。     

可调谐半导体环形激光器与FWM全光波长变换实验研究

优化设计半导体光纤环形激光器(SFRL)产生波长连续可调谐窄线宽的激光输出,可调谐范围为40nm,利用半导体光放大器(SOA)的非线性效应四波混频(FWM),实现了码速为2.5Gb/sSDH信号光的波长变换,向上变换7.07nm,向下变换19.49nm.在实验中不需要外加泵浦光源.     

808nm大功率半导体激光迭阵偏振耦合技术

随着半导体激光器在工业、军事、核能等领域的应用越来越多,单个迭阵输出的光功率密度已经不能满足实际的需求,这就需要将多个半导体激光迭阵的光束耦合成为一个共同的光束,以提高输出功率和亮度.所以采用怎样的光束耦合技术能实现高亮度、高质量的激光输出就成了一个关键性的问题.对于该技术的研究,国内还没有实验方面的报道.主要介绍了大功率半导体激光器偏振耦合原理、实验的技术路线,以及对808nm半导体激光迭阵进行耦合实验的结果及分析.对2个bar、功率为40W/bar的808nm连续半导体激光迭阵,实现偏振耦合的总效率超过90%,聚焦得直径为3mm光斑,输出功率达到134W,总体效率超过84%.对7个bar、峰值功率100W/ba、r占空比20%的808nm准连续半导体激光迭阵进行了偏振耦合,其效率达到67%,得到4.5mm×4.5mm的光斑.     

半导体光放大光纤环形激光器的偏振混沌与相干性

研究了基于半导体光放大器(SOA)的光纤环形激光器的偏振混沌光的特性及其相干性。实验采集激光器的输出功率和偏振度,得到了基于半导体光放大器的光纤环形激光器的输出从自发辐射到受激辐射、再到偏振态混沌激光辐射的演化过程。利用马赫-曾德尔(M-Z)干涉仪验证了混沌激光的相干性,并发现混沌干涉只有零级。测量不同光程差时干涉仪的输出功率,计算相应的干涉条纹可见度,进一步算得混沌激光的相干时间约为40 ps。这一结果与根据光谱计算的该混沌激光的相干时间43 ps基本一致。实验还测得该混沌激光的相干性与半导体光放大器的电流无关。并指出了混沌激光相干应用于低相干光源探测领域的灵敏度和分辨力优势。     

半导体泵浦铷蒸气激光器国内首次出光北大核心CSCD

采用体光栅对商用线阵半导体激光器进行线宽压缩,得到线宽0.1nm、中心波长780.2nm、最高连续输出功率80W的泵浦激光输出。为了降低热效应,通过外加斩波器将泵浦光转化为脉冲模式,脉宽440μs,占空比为1∶5。采用长度为5mm的铷金属饱和蒸气作为增益介质,并在常温下充入33kPa乙烷和47kPa氦气,进行了出光实验。在泵浦峰值功率35.4W,铷吸收池温度120℃时,得到峰值功率600mW的795nm铷激光输出,斜率效率为1.7%。     

PPKTP晶体半整体谐振腔倍频的397.5nm紫外激光输出

外腔谐振倍频是获得397.5 nm紫外激光的重要方法。搭建了基于周期极化的磷酸氧钛钾(PPKTP)晶体的半整体谐振腔,对经半导体锥型放大器放大的795 nm单频连续激光进行谐振倍频。在203 m W的795 nm基频光输入条件下,实现了60.4 m W的397.5 nm连续单频紫外激光输出,倍频转化效率为30%;在基频光功率约87.5 m W时,得到最大的倍频效率约为34.6%。倍频紫外光光束质量因子M2优于1.21,光束质量良好,30 min内典型的倍频光功率均方根起伏小于1.9%。该倍频器结构紧凑,具有很好的机械稳定性,可实现紫外激光的稳定输出,可用于产生对应铷原子跃迁线的压缩、纠缠态光场,在量子光学和精密测量等领域发挥重要作用。     

10kW级直接输出半导体激光熔覆光源的研制与热效应分析

针对目前工业领域对激光熔覆、激光热处理的应用需求,研制了10 kW级直接输出半导体激光熔覆光源。采用半导体激光叠阵为单元器件,将偏振合成技术和波长合成技术相结合,将2只915 nm和2只976 nm半导体激光叠阵进行合成,当工作电流为122 A时,最大输出功率达到10 120 W,电-光转换效率为46%。实验中还对光源内部的易损光学元件的热效应进行了模拟分析并设计有效的散热结构,使其最高温度从442. 2 K下降到320 K,同时对应的热应力从75. 4MPa下降到14 MPa,大幅提升了激光光源的可靠性。     

LD抽运Nd:Gd1-xYxVO4连续波激光器的实验研究

报道了一种半导体二极管(LD)抽运Nd:Gd1-xYxVO4晶体,采用简单、结构紧凑的平-平腔设计,实现了1.06 μm连续波激光输出,在8 W的注入功率下,获得3.25 W的1.06 μm连续波激光输出,光-光转换效率为41%,斜效率为45%.KTP腔内倍频实现了稳定的连续波532 nm绿光激光运转,当注入功率为8 W时,单向获得了621 mW的单模绿光输出.     

LD抽运Nd∶Gd_(1-x)Y_xVO_4连续波激光器的实验研究

报道了一种半导体二极管 (LD)抽运Nd∶Gd1-xYxVO4 晶体 ,采用简单、结构紧凑的平 平腔设计 ,实现了 1.0 6 μm连续波激光输出 ,在 8W的注入功率下 ,获得 3.2 5W的 1.0 6 μm连续波激光输出 ,光 光转换效率为 4 1% ,斜效率为 4 5 % KTP腔内倍频实现了稳定的连续波 5 32nm绿光激光运转 ,当注入功率为 8W时 ,单向获得了 6 2 1mW的单模绿光输出     

5.2 W高重频257 nm深紫外皮秒激光器

为了提高半导体检测用深紫外激光器的检测效率,需要搭建高功率、高重频257 nm深紫外皮秒激光器实验平台。本文以光子晶体光纤放大器和腔外四倍频结构为基础,进行了257 nm深紫外激光器的实验研究。种子源采用中心波长为1 030 nm、脉冲宽度为50 ps的光纤激光器,输出功率为20 mW,重复频率为19.8 MHz。通过两级掺镱双包层（65μm/275μm）光子晶体光纤棒放大结构,获得了1 030 nm高功率基频光。利用二倍频晶体LBO、四倍频晶体BBO,采用腔外倍频方式获得了257 nm深紫外激光。种子源通过两级光子晶体光纤放大器输出的1 030 nm基频光,输出功率为86 W,经过激光聚焦系统后,倍频得到二次谐波515 nm激光输出功率为47.5 W,四次谐波257 nm深紫外激光输出功率为5.2 W,四次谐波转换效率为6.05%。实验结果表明,该结构可获得高功率257 nm深紫外激光输出,为提高半导体检测用激光器的检测效率提供了新思路。     

间隔可调多波长光纤激光器的实验研究

半导体光放大器(SOA)的非均匀加宽特性对产生多波长激光非常有利。本文对两段式立奥-萨尼亚克(Lyot-Sagnac)滤波器进行了详细的理论分析,实现了一种基于半导体光放大器的新型多波长光纤激光器。它利用立奥-萨尼亚克滤波器的波长选择性,在室温下得到了约18个具有30 dB信噪比的多波长激光输出。波长范围1556~1577 nm。通过调节立奥-萨尼亚克环内的偏振控制器,多波长激光的波长间隔可在两种国际电信联盟(ITU)标准波长间隔(0.4 nm和0.8 nm)间选择。这种构型的光纤激光器具有稳定性好、波长间隔可控、信噪比高等优点。