1.5μm光纤气体拉曼激光光源

报道了基于空芯光纤中气体受激拉曼散射效应的1.5μm波段光纤激光实验.利用高峰值功率、窄线宽、亚纳秒量级的1064nm微芯激光抽运一段充高压乙烷气体的空芯光纤.通过乙烷气体分子的受激拉曼散射,获得了1553nm的激光输出,峰值功率达到16.6kW,线宽小于0.2nm,脉宽约为435ps.该功率水平是目前在掺铒光纤中获得的最高峰值功率的4倍以上.该研究为同时实现高峰值功率和窄线宽的1.5μm波段光纤激光提供了一条新的技术途径.     

1.5μm光纤乙烷气体拉曼激光放大器

报道了基于空芯光纤的1.5μm光纤气体拉曼激光放大器。实验以一个1.5μm波段的可调谐分布式反馈激光器为种子源,输出的连续波种子激光与1064nm微芯片激光器的输出脉冲抽运激光通过双色镜一起耦合进充乙烷气体的空芯光纤中,通过乙烷分子的受激拉曼散射实现了高效率的1553nm拉曼激光输出。种子光的注入极大地降低了受激拉曼散射阈值,从而将拉曼光-光转换效率提高到47.5%。该研究为实现高效率的光纤气体拉曼激光输出提供了一条有效的技术途径。     

连续波1.7 μm全光纤气体拉曼激光光源

报道了第一个连续波全光纤气体拉曼激光光源。采用实芯单模光纤与带隙型空芯光纤熔接的方法,制备了长度为50 m、充高压氢气的全光纤结构气体腔,以一个高功率连续波1540 nm光纤放大器为泵浦源,利用氢气分子的纯转动受激拉曼散射有效实现了1693 nm斯托克斯连续激光输出。进一步,通过在气体腔输出端熔接一个中心波长为1540 nm的高反射率光纤布拉格光栅,使得拉曼阈值降低了38.2%,斯托克斯光输出功率最大为2.15 W,腔内拉曼转换效率为72.2%,由于熔接损耗,相对总泵浦光功率的光光转换效率为31.7%。该研究结果为实现高效紧凑的高功率1.7μm光纤激光器提供了一条可行的技术方案。     

单程高增益1.9μm光纤气体拉曼激光器

报道了基于空心光子晶体光纤中氢气分子振动受激拉曼散射(SRS)的单程高增益1.9μm光纤气体激光器。用一个线偏振1064nm亚纳秒脉冲微芯激光器抽运一段长6.5m、充高压氢气的低损耗负曲率空心光纤,实现了到氢气分子一级振动斯托克斯波1907nm的有效转换。气压为2.3MPa时最大能量转换效率大于27%,相应的量子转换效率大于48%,激光平均功率约为10mW,峰值功率大于2000W。为实现高功率、窄线宽、大范围调谐的紧凑型中红外光纤激光器提供了一条潜在的有效途径。     

基于空芯光子晶体光纤的单程高效氘气转动拉曼激光光源

报道了一种基于空芯光子晶体光纤中氘气转动受激拉曼散射的单程高效光纤气体激光光源。因空芯光子晶体光纤具有特殊的传输谱,增益相对较大的振动受激拉曼散射被很好地抑制,使得泵浦激光能够高效地向转动斯托克斯光转化。采用自行搭建的1540nm纳秒脉冲光纤放大器,泵浦一段长为20m、充高压氘气的空芯光子晶体光纤,在单程结构中实现了高效的1645nm拉曼激光输出。当气压为2 MPa时,最大平均输出功率约为0.8 W(单脉冲能量约为1.6μJ),激光光源斜率效率约为71.4%。研究结果为1.7μm波段光纤激光的实现提供了一条简单有效的新途径。     

780W全光纤窄线宽光纤激光器

高功率窄线宽光纤激光器在相干探测、功率光谱合成等方面具有广泛的应用前景.分析了高功率窄线宽光纤激光器中受激布里渊散射效应的抑制方法,以及正弦相位调制光谱展宽理论.采用正弦相位调制技术将单频激光器的线宽展宽至2.9 GHz,通过三级放大结构对输出功率为50 mW的窄线宽种子源进行放大,实现了中心波长1064.34 nm、线宽2.9 GHz、最大功率780 W的激光输出,光—光转换效率79%,光束质量M2x=1.44,M2y=1.43.分析了相位调制前后输出功率提高的原因,认为正弦相位调制增加的纵模降低了光纤中的功率谱密度,提高了输出激光的受激布里渊散射阈值,促使相位调制后的输出功率大幅提高.该激光器的输出功率仅受限于抽运功率,进一步提高抽运功率,有望实现更高功率的窄线宽光纤激光输出.     

CBrCl3液芯光纤中的受激喇曼散射

以1.06μm调Q-锁模激光泵浦CBrCl_3液芯光纤,观察到11级受激喇曼散射,测量了各级受激喇曼散射的相对峰值功率及第9、10和11级的频谱.这种液芯光纤中的受激喇曼散射可作为获得2μm以上波段红外相干光的手段.     

基于空芯光纤中氢气受激拉曼散射的1.7μm光纤激光光源研究

报道了一种基于空芯光子晶体光纤中氢气受激拉曼散射的新型1.7μm光纤激光光源。建立了仅包含泵浦光和一阶斯托克斯光的简单稳态耦合波方程,并进行了仿真计算。采用自制的1550 nm纳秒脉冲光纤放大器,泵浦一段长约3 m、充高压氢气的商用空芯光子晶体光纤,利用氢气分子的转动受激拉曼散射实现了1705 nm斯托克斯波的有效转换。气压为1.2 MPa时,最大平均输出功率约0.5 W(单脉冲能量约为2.5μJ),最大光光转换效率约为32%(相对总的泵浦功率)。研究结果为实现高功率1.7μm波段近红外激光输出提供了一条有效的新途径。     

2.15μm全光纤气体拉曼激光光源

报道了全光纤2.15μm波段光纤气体拉曼激光器。将实芯单模光纤与空芯光子晶体光纤直接熔接制备成全光纤气体腔，并在实芯光纤上刻写长周期光纤光栅，防止菲涅耳反射回光对泵浦源造成损坏。以1971 nm脉冲光纤放大器作为泵浦源，当腔内气压为1.4 GPa时，2.15μm拉曼光的最大平均功率约为0.87 W，受限于较高的拉曼阈值，光光转换效率只有19%。本研究为实现2.15μm光纤激光光源提供了一种新的可行的技术方案。     

简单MOPA结构窄线宽激光突破5 kW近单模输出

高功率窄线宽光纤激光器在非线性频率转换、光谱合成以及相干合成等领域有着重要的应用前景。本文基于自研的复合腔结构窄线宽振荡器作为种子,采用单级主振荡功率放大技术（MOPA）,实现了5 kW高效率的近单模窄谱激光输出。通过优化振荡器的时序特性和放大级结构,受激拉曼散射、光谱展宽和热致模式不稳定效应得到综合抑制。在最高功率时,信号光的3 dB和20 dB线宽分别为0.48 nm和2.1 nm,放大器的斜率效率约为86.1%,拉曼抑制比为28.3 dB,光束质量M2约1.35。本研究工作对于高功率窄线宽光纤激光的发展和研究具有重要的指导意义。     

基于掺铥光纤激光器的内腔气体传感系统研究

为拓展可检测范围,利用掺铥光纤激光器产生的2μm波段激光进行呼吸气中水蒸气的内腔气体传感研究。首先,对直接吸收式气体传感技术进行了理论分析。其次,研究了1 570 nm激光泵浦下的掺铥光纤特性,其自发辐射谱主要分布在1.85～2.05μm波段;搭建了全光纤掺铥光纤环形激光器,并采用可调谐滤波器实现了1 927.5～1 985 nm范围内波长输出,激光线宽为0.05 nm,表现出单纵模窄线宽稳定输出的特点。最后,引入波长扫描技术,实现了对呼吸气中水蒸气在1 928～1 938 nm范围内光谱扫描,分辨了8条吸收谱线,与基于HITRAN光谱数据库的仿真光谱一致,波长定位的绝对误差低于0.03 nm。结果表明该内腔气体传感系统适用于2μm波段气体传感检测。     

342W全光纤结构窄线宽连续掺铥光纤激光器

报道了一个全光纤主振荡功率放大结构的窄线宽连续掺铥光纤激光器,该激光器由窄线宽连续掺铥光纤激光种子源和两级包层抽运掺铥光纤放大器组成.自制的窄线宽掺铥光纤激光种子源经过两级高功率包层抽运掺铥光纤放大器之后,最高平均输出功率为342 W,掺铥光纤功率放大器的斜率效率为56%,输出激光的中心波长为2000.3 nm,3 d B光谱带宽仅为90 pm.在放大过程中,功率放大器的反向监测端没有观察到受激布里渊散射效应,输出功率仅受限于当前可用的793 nm半导体抽运源的功率.据我们所知,该结果为目前国际上2μm波段全光纤结构窄线宽激光器所产生的最高输出功率.     

基于气压控制的单谱线4.3 μm空芯光纤HBr激光器

基于空芯光纤（HCF）的气体激光器是实现中红外激光输出的一种有效手段,一般情况下,跃迁选择定则决定一条泵浦吸收谱线对应两条激射跃迁谱线。通过气压控制的方法实现了单一谱线的4.3μm单程结构HCF HBr激光器。以自研的1958 nm连续波高功率窄线宽掺铥光纤放大器为泵浦源,泵浦一段5 m长、充低压HBr气体的反共振HCF,通过气压控制分别实现了同位素H⁷⁹Br和H⁸¹Br单一谱线4.3μm的激光输出,最大激光功率为350 mW,总的光光转换效率约为8%。利用自行搭建的光纤扫描装置测量了输出激光光斑,结果表明其是一种基模。     

布里渊-掺铒光纤随机光纤激光器输出特性分析

设计了一种基于受激布里渊散射和掺铒光纤混合增益的随机光纤激光器,该激光器选用两段长为20km的单模光纤组成全开放腔结构,利用单模光纤的瑞利散射提供随机光反馈.研究表明,固定布里渊泵浦波长和泵浦功率分别为1 550.00nm和2.19mW时,增加掺铒光纤泵浦功率,可以实现两个波长的随机激光输出,一阶和二阶受激布里渊散射光与布里渊泵浦光波长间隔分别约为0.088nm和0.174nm,产生一阶和二阶受激布里渊散射对应的掺铒光纤泵浦功率分别为190mW和370mW;当掺铒光纤泵浦功率为433mW时,激光器两端的最大输出功率为1.60mW和1.68mW.当掺铒光纤泵浦功率明显高于阈值功率时,获得的一阶和二阶随机激光输出稳定,3dB线宽约为0.022nm,峰值强度和位置基本不随时间而变化.     

孤子光脉冲的产生及其应用研究

利用非线性偏振旋转技术实现自起振被动锁模.在掺铒光纤环形腔激光器中产生了中心波长为1563.3 nm、重复频率为12.5 MHz、脉冲宽度为352.0 fs、3 dB光谱宽度为7.8 nm的孤子光脉冲.采用该孤子光脉冲作为抽运光源，经掺铒光纤放大器放大后，输入到101 m长的高非线性光子晶体光纤中，获得了20 dB带宽约为240 nm的超连续激光光谱.实验详细观测了光脉冲随抽运功率的变化及超连续激光光谱的形成过程，分析了其形成机理.研究表明：当抽运功率较低时，光谱加宽主要由高阶孤子的分裂引起；随着抽运功率的增加，高阶孤子分裂成基本孤子的数目逐渐增大，光谱进一步加宽；当抽运功率增加到受激拉曼散射的阈值时，受激拉曼散射成为光谱展宽的主要原因；抽运功率进一步增加时，受激拉曼散射、参量四波混频等非线性的共同作用将使光谱进一步加宽且变得光滑. 关键词： 孤子光纤激光器 超连续 光子晶体光纤     

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.     

基于空芯光纤中氢气级联SRS的红绿蓝色激光

报道了基于充气负曲率空芯光纤的红绿蓝色拉曼激光实验。利用1064nm亚纳秒微片脉冲激光器抽运一段充高压氢气的Ice-cream型负曲率空芯光纤,通过氢气分子的级联受激拉曼散射,同时获得了波长分别为737.6,564.2,457.1nm的一阶、二阶、三阶振动反斯托克斯激光输出。通过调节抽运激光功率和气体气压,可以控制红、绿、蓝三色激光的相对强度和输出模式。     

国产25/400μm掺镱双包层光纤实现2.2kW窄线宽单模激光输出

基于自主研制的均匀掺杂低热光系数25/400μm掺镱双包层光纤,开展了全光纤高功率窄线宽光纤激光放大实验。激光系统实现了中心波长为1060.3 nm、线宽为25 GHz、最高功率为2.2 kW的单模激光输出,其斜率效率达78%,光束质量因子M~2≈1.2,其功率是目前报道的基于国产25/400μm掺镱双包层光纤窄线宽放大器单模激光输出的最高功率。     

基于简单MOPA结构实现3.08 kW全光纤窄线宽线偏振激光输出

基于简单的主振荡功率放大结构,演示了一种高功率窄线宽线性偏振全光纤激光器,其最大输出功率为3.08 kW,3 dB线宽为0.2 nm。在整个功率缩放过程中,偏振消光比约为94%,光束质量M 2约为1.4。这是国内外首次实现3 kW全保偏光纤激光输出,与基于相位调制的窄线宽激光器相比,该激光器可实现近似的线宽,同时具有受激布里渊散射阈值高、系统结构简单、成本低等特点。     

窄线宽纳秒脉冲光纤拉曼放大器的理论模型和数值分析

窄线宽纳秒脉冲光纤拉曼放大器在非线性频率变换、遥感探测和量子信息等领域有广泛的应用前景.综合考虑受激拉曼散射(stimulated Raman scattering,SRS)、受激布里渊散射(stimulated Brillouin scattering,SBS)、自相位调制(self-phase modulation)和交叉相位调制(cross-phase modulation)等非线性效应,建立了窄线宽纳秒脉冲光纤拉曼放大器的非线性动力学模型.仿真分析了放大器中脉冲激光的时频演化特性,对比研究了抽运脉冲宽度、光纤长度和信号光功率等因素对放大器性能的影响.研究发现,上述因素会影响放大器的SRS阈值、SBS阈值、输出激光线宽、激光转换效率等.例如,当脉冲宽度为800 ns时,SBS随着抽运功率的增加而发生,限制了激光功率的提升;减短抽运脉宽可以抑制SBS,但是输出激光的线宽易于展宽到数百MHz以上;增加光纤长度可以获得更低的SRS阈值和更高的转换效率,但是SBS效应和光谱展宽程度也随之增强.系统搭建中需要平衡各非线性效应,选择合适的系统参数.研究内容可以为窄线宽纳秒脉冲光纤拉曼放大器的设计搭建提供参考.