基于钠硼铝硅酸盐玻璃的PbSe量子点红外单模光纤激光

根据实验制备的钠硼铝硅酸盐PbSe量子点玻璃及其透射电子显微镜(TEM)图、吸收谱和发射谱,计算机数值模拟了以PbSe量子点作为激活增益介质的红外单模光纤激光。应用遗传算法,通过数值求解粒子数速率方程和激光谐振腔振荡方程,优化计算了量子点光纤激光器(QDFL)的最佳抽运波长、光纤长度、掺杂浓度及出射镜反射率。结果表明:饱和抽运功率为2 W,在1676nm激光波长处,QDFL最大输出功率可达1.36 W,抽运效率达68%。与通常的掺稀土离子(Yb3+、Er3+)的光纤激光器相比,QDFL具有抽运效率高、激励阈值低、掺杂密度可调、光纤饱和长度短等特点。由于量子点辐射波长的尺寸依赖特性,容易形成多波长激射或波长可调的新型激光器。     

近红外PbS量子点掺杂光子晶体光纤的光传输特性

制备了导光波带位于近红外1400～1650nm的硫化铅(PbS)量子点掺杂光子晶体光纤(QD-PCF)。测量了QD-PCF对980nm抽运光和1550nm信号光的吸收。在980nm激光激励下,测量了QD-PCF的光致荧光(PL)光谱,确定了1550nm中心波长处PL光强最强时的量子点掺杂浓度(质量分数)和光纤长度,发现其PL光强远大于普通单纤芯掺杂的量子点光纤(QDF)。实验发现QD-PCF的PL光强会出现间隔距离较短的多光强峰值,该多光强峰值现象与掺杂浓度有关。对比测量了QD-PCF和未掺杂PCF的带隙,表明量子点掺杂没有改变PCF的带隙分布。测量了QD-PCF的抽运激励阈值和抽运饱和功率,其抽运阈值功率与QDF接近,抽运饱和功率大于QDF,这与QD-PCF有较大的光纤截面以及较高的量子点掺杂浓度有关。     

CdSe/ZnS量子点非饱和单模光纤激光器的数值建模

提出了一种新型的光纤激光器——量子点光纤激光器(QDFL).以CdSe/ZnS量子点作为激活增益介质,基于实验观测到的量子点的吸收和发射谱,建立了二能级系统的粒子数速率方程和光功率传播方程,并进行数值求解.应用遗传算法,以激光输出功率为目标函数,优化得到了QDFL的最佳掺杂浓度、光纤长度、出射镜反射率和抽运光波长.与传...     

基于钠铝硼硅酸盐玻璃的近红外宽带PbSe量子点光纤的光传输特性

用高温熔融二次热处理法,制备了钠铝硼硅酸盐PbSe量子点玻璃及量子点光纤。光纤中量子点的尺寸为4.73 nm±0.25 nm,吸收和辐射峰分别位于1450 nm和1500 nm。测量了量子点光纤的吸收谱、光致荧光(PL)光谱、PL峰值光强随抽运功率的变化,以及980 nm抽运功率在光纤中的衰减系数、PL峰值光强和PL峰值波长随光纤长度的变化。确定了量子点光纤随波长变化的衰减系数、抽运激励阈值功率和饱和功率。从能级跃迁、表面效应等方面解释了实验现象。     

高能量脉冲光纤激光器荧光特性

高能量脉冲激光器中,高强度的抽运光注入掺杂光纤后会部分转化为荧光,导致抽运效率的降低。基于铒掺杂光纤中铒离子的能级结构,分析了高能量脉冲光纤激光器中荧光的产生机理,采用非线性薛定谔(Nonlinear Schrdinger)方程和能级跃迁模型的速率方程,建立了高能量脉冲光纤激光器中荧光和抽运光的传输模型。通过此模型进行了数值仿真研究,首次深入分析了抽运光和荧光功率沿光纤轴向分布的变化规律,研究了荧光功率、抽运效率与光纤掺杂浓度的关系,并得出了抑制荧光产生、提高抽运效率的方法。数值结果表明:在铒掺杂光纤中,荧光和抽运光分别沿光纤的轴向近似呈指数规律衰减,且荧光的衰减速度比抽运光快;当抽运光功率一定时,铒掺杂光纤在980nm激光抽运下产生的荧光功率比1480nm激光抽运下的低,且980nm激光抽运下产生荧光的阈值比1480nm的高;抽运光功率一定时,铒掺杂光纤中产生的荧光功率随其掺杂浓度的增加而增加,而抽运效率随着掺杂浓度的增加而降低;衰减系数一定时,荧光沿掺铒光纤轴向的衰减速度随增益系数的增加而增加。理论分析的结论与参考文献中的实验结果吻合得很好。因此,为有效抑制荧光产生、提高抽运效率,应选择980nm的激光作为抽运光源,并在激光器的增益一定时尽量降低光纤的掺杂浓度,或者在一定的掺杂浓度下尽量提高增益系数。     

CdS_xSe_(1-x)/ZnS(核/壳)量子点的光谱截面及其掺杂光纤的传光特性

测量了不同组份比例x的CdS_xSe_(1-x)/ZnS(核/壳)量子点的吸收谱和发射谱,确定了量子点的吸收系数、吸收截面和发射截面.量子点吸收截面随粒径的增大而增大、随x的增大而减小.采用紫外固化胶,制备了掺杂浓度为0.1~5mg/mL的CdS_(0.4)Se_(0.6)/ZnS量子点光纤,测量了不同掺杂浓度量子点光纤中473nm泵浦功率的吸收衰减速率.吸收衰减速率和吸收截面弱关联于掺杂浓度.测量了光致荧光光谱强度随光纤长度和量子点浓度的变化.量子点光纤的光致荧光峰值强度随掺杂浓度和光纤长度变化而变化,且存在一个与最大峰值强度对应的饱和掺杂浓度和光纤长度.本文的实验结果有助于进一步构建新型的CdS_xSe_(1-x)/ZnS量子点增益型光电子器件.     

紫外胶固态纤芯PbSe量子点光纤制备及光谱测量

采用粒直径为4.4 nm的Pb Se量子点及紫外(UV)固化胶,制备了掺杂质量浓度为0.1~6.0 mg/m L、不同长度的固态纤芯量子点光纤。通过测量量子点光纤吸收谱,确定了量子点光纤980 nm波长随掺杂浓度和光纤长度变化的吸收截面。测量了量子点光纤的光致荧光(PL)谱,其峰值光强随掺杂浓度和光纤长度变化,存在一个与最大峰值强度对应的掺杂浓度和光纤长度。实验结果有助于对Pb Se量子点光纤放大器和激光器的进一步研究。     

UV胶基底中IV-VI族PbSe纳晶量子点近红外光谱的吸收截面和辐射截面

测量了三种不同直径(4.5,5.0,5.6nm)的IV-VI族PbSe量子点的近红外吸收光谱,给出了吸收峰值波长随量子点直径变化的经验公式。用吸收光谱法,根据Lambert-Beer定律,测量了光谱的吸收截面峰值和吸收系数及其随波长和掺杂浓度的变化,发现吸收截面对掺杂浓度有弱相关性,得到了吸收截面随掺杂浓度变化的指数近似表达式。测量了量子点的荧光辐射谱,由McCumber关系和实测的吸收截面,确定了量子点光谱的辐射截面峰值及随波长的变化。这些光谱截面数据对PbSe量子点掺杂的增益型器件和传感器设计有重要的意义。     

PbSe量子点硅酸盐玻璃光纤的制备及光纤光致荧光光谱特性

对钠硼铝硅酸盐玻璃熔体进行拉丝,再经过退火热处理,制备得到光纤直径80~130μm的PbSe量子点玻璃裸光纤.透射电镜分析发现光纤中PbSe量子点的晶粒尺寸为4.2~5.5nm,掺杂体积比约1%.对量子点光纤的柔性进行了初步测试.以980nm泵浦激光作为激励源,用荧光光谱仪观测了量子点光纤的荧光发射谱.结果表明:合适的量子点光纤的退火条件跟块玻璃不同.当退火温度为500~600℃、热处理时间为5~10h时,观测到量子点光纤有强烈的荧光辐射,峰值波长位于1 300~1 450nm,半高全宽达200~330nm.光纤最佳退火温度为600℃、时间7.5h.本文得到的量子点玻璃光纤可进一步制备成玻璃基底的量子点光纤型增益器件光纤放大器、光纤激光器等.     

PbSe量子点液芯光纤的温度效应

采用三能级系统的速率方程和功率传输方程并考虑温度对各项参数的影响,求解在不同的光纤长度和量子点掺杂浓度时,3.3nm PbSe量子点液芯光纤的发射光谱随温度的变化。发现当光纤长度不同时,随着温度的升高,光谱的峰值位置以相近的速率发生红移,光谱的峰值强度下降。对于较长的光纤,其光强随温度升高的衰减速率较大。当掺杂浓度不同时,随着温度的升高,光谱的峰值位置以相近的速率发生红移,峰值强度以相近的速率衰减。     

较高掺杂浓度下CdSe/ZnS量子点光纤光致荧光光谱

制备了一种较高浓度掺杂的CdSe/ZnS量子点掺杂光纤.测量了不同掺杂浓度和不同光纤长度下的量子点光纤光致荧光光谱,得剑了荧光峰值增益最大时的量子点掺杂浓度和光纤长度.与低浓度掺杂光纤相比,较高掺杂浓度光纤中的荧光峰值光强明显提高.荧光峰值光强随光纤长度的变化在短距离内(L<1 cm)急剧上升,之后缓慢均匀下降.波长473 nm激励光强随光纤}乏度的变化呈指数形式衰减,消光系数为0.26～1.02 cm-1.在给定激励光强和激励波长的条件下,光纤中可达到最大荧光辐射的晕子点总数为一恒量.光纤中的荧光峰值波长存在红移,红移大小约8～15 nm,红移量与掺杂浓度以及光纤长度有关.这些实验结果可为今后量子点光纤放大器的研制提供参考.     

国产光纤实现同带抽运3000W激光输出

同带抽运是目前实现高功率光纤激光器的有效手段.本文基于同带抽运方式,以国产25/250μm掺镱双包层光纤为增益光纤,构建了全光纤化的主控振荡器功率放大器.实验中采用的国产光纤是中国电子科技集团公司第四十六研究所采用化学气相沉积结合气相-液相复合掺杂工艺制备的,其Yb~(3+)离子的分布更均匀,吸收截面更大,吸收系数更高.实验中,在种子光功率为67.8 W、抽运总功率为3511 W的条件下,实现了3079 W的激光输出,斜效率为85.9%,光束质量M~2约为2.14,3dB带宽为1.4nm,这是目前基于国产光纤同带抽运方式实现的最高功率.理论和实验结果表明国产光纤制备技术不断成熟,已经具备承受高功率输出的能力.继续提高抽运功率,优化增益光纤长度,改良散热方式,国产光纤有望实现更高功率的激光输出.     

基于钠铝硼硅酸盐玻璃的近红外宽带PbSe量子点光纤放大器的实验实现

实验实现了基于钠铝硼硅酸盐玻璃的近红外PbSe量子点光纤放大器(QDFA),并在钠铝硼硅酸盐玻璃基底中,通过优化熔融-退火法的热处理条件,制备中心粒径为4.08～5.88 nm的PbSe量子点光纤。该QDFA由量子点光纤、波分复用器、隔离器、抽运源等构成。实验表明:QDFA在1260～1380 nm区间实现了信号光的放大,增益波长区间与量子点的粒径大小有关。当输入信号光功率为-17 dBm时,输出信号光增益为16.4 dB,-3 dB带宽达80 nm。实验观测到明显的激励阈值和增益饱和现象。与常规的掺铒光纤放大器以及少模掺铒光纤放大器相比,本研究的QDFA的激励阈值低、带宽大、噪声小。本研究设计的PbSe-QDFA为扩展光纤通信波段和工业化应用提供了一种新的途径。     

高功率单模Er~(3+)∶Yb~(3+)共掺双包层光纤激光器

给出了单模输出的铒镱共掺双包层光纤激光器(EYDCFL)的数值分析及最新实验结果.基于速率方程及功率传输方程,对单模EYDCFL进行数值分析,从理论上对其性能进行优化.然后,在相同条件下进行了EYDCFL的实验研究.描述了输出激光功率随入纤泵浦功率和光纤长度的变化以及输出激光波长随光纤长度的变化.在光纤长度为6.3m时,获得了波长为1566nm、最大功率为2.2W的单模激光输出,整体光-光转换效率22%,这是目前国内用该类光纤获得的最高单模输出功率.     

5 kW全光纤结构1018 nm激光合成

光纤激光同带抽运方案具有泵浦亮度高、量子亏损小等优势,有着巨大的功率提升潜力,是近年来国际上的研究热点。1018 nm光纤激光可作为高功率掺镱光纤激光器的高效同带抽运源,但是单个1018 nm光纤激光器输出功率有限,光束合成是突破这一局限的重要方案。基于19台单模1018 nm光纤激光器和一个191光纤功率合束器,搭建了一套全光纤结构激光合成系统,实现了5 kW的1018 nm合成激光输出。     

高功率单模Er3+∶Yb3+共掺双包层光纤激光器

给出了单模输出的铒镱共掺双包层光纤激光器（EY-DCFL）的数值分析及最新实验结果.基于速率方程及功率传输方程，对单模EY-DCFL进行数值分析，从理论上对其性能进行优化.然后，在相同条件下进行了EY-DCFL的实验研究.描述了输出激光功率随入纤泵浦功率和光纤长度的变化以及输出激光波长随光纤长度的变化.在光纤长度为6.3 m时，获得了波长为1566 nm、最大功率为2.2 W 的单模激光输出，整体光－光转换效率22％，这是目前国内用该类光纤获得的最高单模输出功率.     

脉冲抽运掺镱脉冲光纤放大器理论研究

对主振荡功率放大器(MOPA)方式脉冲抽运双包层掺镱脉冲光纤放大器进行了理论研究,分析了放大中抽运脉冲、激光脉冲和拉曼斯托克斯光脉冲的相互作用过程.对增益光纤中上能级粒子数密度随抽运时间的变化进行了分析,求出了最佳抽运脉冲宽度.随着抽运功率的增加,放大过程中出现的受激拉曼效应(SRS)将抑制激光脉冲能量的增加,当采用最佳抽运功率时激光脉冲的能量可达到最大值.分析了光纤长度、纤芯直径对最佳抽运功率、激光脉冲和一级斯托克斯光脉冲的影响.结果表明,当最佳抽运功率时,采用纤芯较粗、长度较短的增益光纤,可以抑制受激拉曼效应,提高激光脉冲的能量与峰值功率.     

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.     

侧面抽运掺Yb3+双包层光纤激光器的理论研究

建立了侧面抽运掺Yb3+双包层光纤激光器的数值模型,推导出激光分布的近似解析式,并进行了数值模拟,得到了光纤内抽运光和激光功率的分布特性,以及激光输出功率随抽运光注入位置,光纤长度以及端镜反射率的变化关系.结果表明,抽运光注入位置对激光分布和激光输出功率有较大的影响.     

全光纤化的被动式亚纳秒脉冲Yb光纤激光器研究

报道了一种可以被动式产生高峰值功率亚纳秒脉冲的全光纤化的新型Yb光纤激光器.通过在15m长度的Yb增益光纤和一对光纤光栅对组成的线性谐振腔内直接熔接一段特殊掺杂的Bi/Cr共掺石英光纤,在975nm的半导体激光器连续抽运下,实现了高重复频率的高峰值功率亚纳秒短脉冲激光输出.实验结果表明,输出激光的重复频率与吸收的抽运光...