F-P腔不同扫频段透射谱锁频精度实验

针对窄线宽激光器输出谱线窄,难以被锁定的情况,利用F-P腔特有极窄线宽、高精细度特性对激光器谱线线宽实施压窄及频率锁定。通过设计实验方案并搭建锁频测试平台,利用F-P腔外部光反馈将窄线宽半导体激光器线宽压窄来提高锁频精度。通过监测正弦波调制下F-P腔对于4种不同直流电压下激光PZT扫频段的透射谱线,并对其分别进行解调和锁频精度测试,得到直流高压放大器电压为73 V时对窄线宽激光器进行扫频,激光器反馈锁频精度最高可达1.5 MHz。     

窄线宽全光纤环形滤波器特性研究

设计了两种用于单纵模光纤激光器的窄线宽全光纤环滤波器,其由超低反光纤光栅和1个(或2个)2×2光纤耦合器构成。从理论上推导出两种滤波器的反射率表达式,并且对其反射率、窄线宽和群时延特性进行了详细的数值分析和实验验证。研究结果表明:由超低反光纤光栅和光纤耦合器构成的单环滤波器具有高反射率、超窄线宽和大群时延特性,表现出良好的慢光效应。双环滤波器除了保持了以上良好特性,还因游标效应,共振幅度可调,相对单环滤波器,具有更大的有效自由光谱范围(FSR)、更大的边模抑制比(SMSR)以及不易跳模等特点。所研究的光纤环形滤波器具有窄线宽、结构紧凑和低成本等优点,可用作光纤激光器的反射腔镜来进一步压窄激光器线宽,尤其是当双环滤波器用作腔镜时,激光器的线宽更窄,模式更稳定。     

窄线宽全光纤激光器实现666 W高功率输出

搭建了一台主振荡功率放大（MOPA）结构的窄线宽全光纤激光器。利用噪声相位调制技术将单频激光线宽展宽至0.3 GHz,通过四级放大器结构对10 mW的窄线宽种子激光进行放大,获得了功率为666 W的窄线宽激光输出。该窄线宽激光器输出功率仅受限于泵浦功率,增加泵浦功率有望进一步提高输出功率。     

相位调制信号对窄线宽光纤放大器线宽特性和受激布里渊散射阈值的影响

高功率窄线宽光纤放大器的输出功率主要受限于受激布里渊散射(SBS)效应,通过相位调制进行线宽展宽可以有效抑制SBS效应.基于窄线宽光纤放大器中的SBS动力学模型,研究了正弦信号、白噪声信号和伪随机编码信号(PRBS)对窄线宽光纤放大器光谱特性与SBS阈值的影响.研究发现,采用不同信号进行相位调制时,调制频率和调制深度等参数对调制后激光光谱的谱线间隔、谱线数目与光谱平整度的影响存在较大差异,进而影响放大器的线宽特性和SBS阈值.通过对比分析,给出了调制信号的类型选择和参数优化原则,能够为窄线宽光纤放大器的相位调制系统设计提供参考.     

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     

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...     

棱镜色散腔XeF(C-A)蓝绿激光线宽压缩

XeF(C-A)蓝绿激光的增益系数较低,仅为0.003 cm-1,要获得高能量窄线宽激光输出有一定难度。利用色散元件棱镜开展了高单脉冲能量窄线宽激光输出实验研究,结果表明:采用凹面输出镜的情况下,激光线宽可以压缩到约2.5 nm,激光输出能量最大为3.47 J;采用平面输出镜,激光线宽压缩到约0.7 nm,激光输出能量最大为2.93 J,激光光谱调谐范围最大可达到60 nm,在460～520 nm之间。     

弱耦合光纤光栅外腔半导体激光器

报道作者对单频窄宽光纤光栅外腔半导体激光器的一些研究结果。理论上分析了外腔的引入对激光器的阈值增益和光谱线宽的影响，实验上用自行研制的光纤布拉格反射滤波器（ＦＢＲ）与普通多纵模半导体激光耦合，在１．５５μｍ波段，得到边模抑制比大于２５ｄＢ，线宽小于６０ｋＨｚ的激光输出。     

自研20μm/400μm保偏光纤基于振荡器种子实现4 kW突破

高功率窄线宽光纤激光器在相干合成、光谱合成以及非线性频率转换等领域发挥了重要的作用，吸引了大量国内外研究人员的广泛关注。近年来，华中科技大学武汉光电国家研究中心光纤激光技术团队持续进行优秀的国产化高功率窄线宽线偏振光纤激光技术的研究工作，2022年，课题组采用基于振荡器的种子源加自研的保偏掺镱光纤先后实现单正向1.2 kW和单反向3.2 kW的线偏振窄线宽光纤激光输出。近期，课题组进一步优化保偏掺镱光纤的掺杂组分，并改良振荡器种子源设计来抑制窄线宽保偏放大过程中的TMI和受激布里渊散射（SBS）效应，最终实现了输出功率4.1 kW的窄线宽线偏振全光纤激光输出。     

受激布里渊散射对激光在水中衰减特性的影响

测量了不同能量的光束，通过不同长度的水介质在窄线宽与宽线宽两种情况下的衰减系数，研究了受激布里渊散射对激光在水中衰减特性的影响.结果发现，激光光束在水中传播时的衰减系数与激光光强和线宽有关，而不是通常情况下所认为的常数.还从理论上进行了分析.     

均衡功率的超宽带可调谐掺铒光纤激光器

报道了一种功率均衡的超宽带可调谐掺铒光纤激光器.该激光器采用窄线宽可调谐FP滤波器、掺铒光纤、波分复用器和耦合器构成光纤环形腔激光器，并通过部分反馈光功率自动控制，对输出激光功率进行均衡.实现了87 nm带宽（1525~1612 nm）范围内，输出激光功率波动小于0.2 dB的均衡结果.输出激光3 dB线宽为0.26 nm，边模抑制比大于55 dB.     

全频域下窄线宽激光器光谱线宽的分析

窄线宽激光器的线宽表征方式通常采用延时自外差法测量技术。该技术是通过延时光纤差拍产生一个与待测激光线宽相关的洛伦兹频谱,因此该频谱只具有单一的线宽表现形式。为了能够观察到激光器的线宽和频率噪声在其傅里叶频率分布下的完整特性,报道了一种基于β算法计算窄线宽激光器线宽的方法。该方法是结合频率噪声中的白噪声和1/f噪声分别诱导不同激光线型的理论,从而确定激光线宽。首先,对β算法的基本原理进行了详细的分析说明。通过基于维纳-辛钦定理,分析了窄线宽激光器不同频率范围内的频率噪声和激光线宽的依赖关系。阐明了在截止频率趋于0和无穷大的两个范围条件时,激光频谱特性从高斯线型向洛伦兹线型演变。同时推导出使两种线型转换的截止频率表达式,并将其转换为频率噪声函数,该函数定义为β分子线。此时频率噪声分量中高斯线型的总和即为激光线宽计算公式;其次,对窄线宽激光器的频率噪声和激光线型进行数值仿真。将通过OEwaves公司的OE4000互相关零差相位/频率噪声自动测试系统测得的频率噪声谱密度,带入β算法理论公式中。结果显示：1/f噪声导致激光呈现高斯线型,线宽随截止频率的增加而增大。而白噪声将导致洛伦兹线型,线宽不再随截止频率而改变。此外,在低频区域,频率噪声电平远大于其傅里叶频率,噪声调制系数较高,该部分噪声可以决定线宽大小。因此,高斯线型区域对应的频率噪声的积分,即为待测激光器的线宽;在高频区域,频率噪声电平与其傅里叶频率相差较小,频率波动较快,噪声对线宽影响可以忽略。并且频率带宽在截止频率范围内,计算的线宽误差较小。最后,实验上运用β算法对RIO公司的1 550 nm低噪声窄线宽激光器的频率噪声功率谱密度进行积分计算,成功获得了其不同傅里叶频率分布下对应的激光线宽值。其中β分子线将频率噪声中的白噪声和1/f噪声分隔两部分：当频率噪声谱密度大于β分子线时,激光即为高斯线型,线宽随频率积分带宽的增加而减少;而频率噪声谱密度小于β分子线时,激光呈现洛伦兹线型,线宽为定值不再改变。同时为了对β算法进行实验验证,搭建了延迟光纤为50 km、移频频率为60 MHz的延时自外差法测量系统。对注入电流为110 mA的RIO 1 550 nm低噪声窄线宽激光器的线宽进行实验测量,测量结果表明激光线宽为1.8 kHz,与上述β算法中2.8 kHz的频率带宽积分结果一致。充分证明了此算法的准确性。β算法可以对任意类型的窄线宽激光器进行线宽表征,对窄线宽激光器的研究具有重要意义。     

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。     

XeF(C-A)蓝绿激光线宽压缩技术

利用表面放电光泵浦XeF(C-A)蓝绿激光器开展了激光线宽压缩技术研究,分别采用谐振腔腔镜谱带重叠法和光栅谐振腔法实现了线宽小于10 nm的窄线宽激光输出。采用谐振腔腔镜谱带重叠法,激光输出线宽约7 nm,采用光栅谐振腔法可以将激光线宽压缩到约1 nm,并实现XeF(C-A)激光的可调谐输出,调谐范围为470~495 nm。     

用于互组跃迁谱测量的窄线宽激光系统

采用Pound-Drerer-Hall稳频技术将689 nm激光锁定在高精细度超稳极低膨胀系数材料腔上,实现用于探测锶原子互组跃迁谱的窄线宽激光.利用光腔衰荡光谱技术,测量了不同阶次多横模情况下腔的精细度,并在理论上分析了平凹型Fabry-Perot腔的损耗与多横模阶次的关系.考虑了光开关延时及探测器响应时间在测量中的影响,对腔衰荡时间的实验测量值进行了修正.利用光纤飞秒光频梳测量了激光器的频率漂移,测出窄线宽激光频率稳定度的秒稳优于2.8×10-13.利用窄线宽激光在锶原子束上观测到具有高信噪比的窄线宽原子跃迁谱线,实验测得谱线的线宽为55 kHz,该窄线宽原子谱线可应用于锶原子二级冷却激光绝对频率的精确测量及锶原子互组跃迁谱的四种同位素位移测量.     

受激布里渊散射对激光在水中衰减特性的影响

测量了不同能量的光束,通过不同长度的水介质在窄线宽与宽线宽两种情况下的衰减系数,研究了受激布里渊散射对激光在水中衰减特性的影响.结果发现,激光光束在水中传播时的衰减系数与激光光强和线宽有关,而不是通常情况下所认为的常数.还从理论上进行了分析. 关键词： 衰减系数 受激布里渊散射     

基于V型腔光反馈法的半导体激光器线宽压窄和频率锁定初步研究

线宽压窄和频率锁定是提高激光器（特别是半导体激光器）性能的重要手段。在理论分析光反馈时的半导体激光器线宽压窄和频率锁定机理的基础上,建立了一套基于高品质V型光学谐振腔的半导体激光器线宽压窄实验系统,并利用该系统开展了初步实验研究。通过对比无有光反馈情况下的V型腔的透射光扫描线形,初步验证了V型腔用于半导体激光器线宽压窄和频率锁定的可行性,为后续研究奠定了基础。     

宽带可调谐单频窄线宽光纤激光器

设计出一种集可调谐带通滤波器、高精度环形滤波器和光纤环形镜于一体的全光纤复合腔结构可调谐单频窄线宽光纤激光器。采用980 nm半导体激光器作为抽运源,掺镱光纤在谐振腔内分别作为增益介质和可饱和吸收体,成功实现波长为1030～1090 nm稳定的宽谱可调谐单频窄线宽激光输出。当抽运光的抽运功率为300 mW时,在波长为1070 nm处得到的输出功率最大,为18.5 mW,斜率效率达到7.95%,持续1 h内没有出现跳模现象,功率不稳定性小于1%;当抽运功率为200 mW时,利用延迟自外差法测量线宽,得到波长调谐范围内的平均线宽为8.7 kHz,弛豫振荡频率为64 kHz。     

高功率窄线宽光纤激光技术

以波长拓展为主线介绍了单频光纤振荡器的研究进展,以功率提升为主线介绍了单频连续光纤放大器的发展现状,以产生窄线宽种子源的方法为依据总结了1μm波段高功率窄线宽连续光纤激光器的国内外研究成果。分析当前高功率单频光纤激光器和高功率窄线宽光纤激光器的发展趋势和面临的主要挑战,梳理并讨论高功率窄线宽光纤激光的关键技术,并基于当前高功率窄线宽光纤激光器的发展现状介绍其在各领域的应用价值。     

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。