高平均功率超短脉冲激光光纤放大研究进展

超短脉冲激光在生物医学、激光微加工、国防等领域有重要的应用.随着双包层光纤激光技术的发展,基于双包层光纤或光子晶体光纤(PCF)的超短脉冲激光光纤放大技术由于在体积、效率、光束质量等方面的优势,倍受关注.主要报道国内外皮秒和飞秒级超短脉冲激光光纤放大的最新进展,介绍其在微加工、超连续谱产生和太赫兹波产生方面的典型应用.     

全光纤结构超短脉冲超连续谱的产生及其特性研究

超连续光谱以其光谱范围宽、平坦度好、空间相干度高和可实现的较高功率,被广泛应用于相干成像技术、光谱分析、干涉测量等诸多领域.理论上超连续光谱可由超短脉冲通过高非线性介质来实现,期间伴随着自相位调制(SPM)、受激拉曼散射(SRS)、四波混频效应(FWM).随着光纤技术的发展,利用峰值功率高、光光转换效率高、体积小、结构紧凑的掺Yb超短脉冲光纤激光器作为泵浦源,高非线性的光子晶体光纤作为非线性介质来产生超连续光谱.采用主振荡功率放大结构(MOPA),自行搭建了全光纤锁模脉冲放大器,并通过熔接的方式将其耦合进入长为10 m、零色散点为1 040 nm的光子晶体光纤,在对熔接过程中放电时间、放电间隔、熔接损耗等参数进行优化后,获得了8.14 W的超连续光谱.     

基于MOPA结构的1550 nm单频脉冲光纤激光器

人眼安全的1550 nm全光纤单频脉冲激光器具有广泛且诱人的应用前景。本文所研制的激光器采用全光纤主振荡功率放大(MOPA)结构和腔外声光调制的方法,一级预放大级采用1.5 m单模保偏掺铒光纤,输出功率21.45 mW;二级预放大级采用1.5 m双包层保偏铒镱共掺光纤,输出功率253.6 mW;功率放大级采用1 m双包层保偏大芯径铒镱共掺光纤,泵浦功率15.9 W时,最终实现了输出功率2.6 W、脉宽260 ns、重复频率10 kHz的单频脉冲激光输出。通过对各级增益光纤和无源光纤的长度优化,成功抑制了放大自发辐射(ASE)和受激布里渊散射(SBS),消除了放大过程中噪声的影响,得到了峰值功率1 KW的稳定单频脉冲特性。     

全光纤结构的脉冲光纤放大器

结合双包层掺镱光纤(YDCF)和主振荡功率放大(MOPA)技术,利用熔融拉锥的光纤侧面耦合器,设计和实验研究了全光纤结构的脉冲光纤放大器。在不同重复频率时,通过放大脉冲激光的输出光谱,对输出脉冲激光中的剩余抽运光和受激拉曼散射光功率进行了修正;并研究了激光脉冲的时域特性,以及在脉冲放大过程中对输出激光脉冲宽度的压缩作用。获得输出放大脉冲激光的主要参数:峰值波长为1075 nm,脉冲宽度为18~300 ns,重复频率为5~20 kHz,峰值功率达9.87 kW,斜率效率达52.2%,光束质量M2=2.0。同时,制作完成了一台结构紧凑、全光纤结构的脉冲光纤放大器样机,其最大外形尺寸为370 mm×270 mm×90 mm。     

MOPA方式高峰值功率脉冲光纤放大器模拟

为了研究如何从脉冲种子光经放大器后获得能量为毫焦级、纳秒级脉宽的激光脉冲,以及重频、受激喇曼效应对输出激光脉冲的影响,采用基于主振荡动率放大方式建立了3级脉冲双包层掺Yb光纤放大器的瞬态理论模型。在不同重频下对能量为10nJ、脉宽为100ns的脉冲种子光经放大后的脉冲能量、峰值功率、平均功率、脉宽及受激喇曼效应进行了数值模拟。计算数据表明,当重频小于200Hz时输出激光脉冲的能量、波形受重频的影响很小,可以忽略不计,在适当参量下受激喇曼效应对各级放大输出几乎没有影响。结果表明,适当选择3级光纤放大器的各项参量可以实现毫焦级的激光脉冲输出。     

MOPA结构的单频纳秒脉冲全光纤激光器

报道了一台主振荡功率放大(MOPA)结构的单频脉冲光纤激光器。对线宽为20kHz、工作波长为1064nm的连续单频激光进行强度调制,得到了平均功率为0.5mW的单频脉冲种子激光。首先,采用三级掺Yb光纤放大器将种子激光进行预放大,获得了2.7W的平均功率。然后,以纤芯直径和内包层直径分别为30μm和250μm的双包层掺Yb光纤为主放大器,在抽运光功率为87.1W时,获得了重复频率为12MHz、脉宽约10ns、峰值功率为486.7W的单频脉冲激光输出,平均功率达58.4W。     

基于LD脉冲调制的全光纤MOPA结构激光器

报道了一台实用化的基于主振荡一功率放大(MOPA)方式工作的全光纤高重复频率脉冲激光器.以基于高速MOSFET驱动电源的调制激光二极管(LD)作为种子激光器,采用两级串联的单模双包层光纤作为预放,利用双包层光纤为主放.该器件可以得到重复频率高达600 kHz的窄脉冲输出.在重复频率125 kHz时,得到脉宽10ns,平均功率2.4 W的激光输出.研制的激光器具有较好的稳健性,将应用到空基的三维成像激光雷达中.     

超短脉冲光纤激光器的研究进展

本文针对超短脉冲光纤激光器三种不同的锁模机制，综述了相应锁模光纤激光器的研究进展，并且对包层泵浦锁模光纤激光器产生高能量或高峰值功率超短脉冲进行了阐述。     

1030nm高重复频率纳秒脉冲全光纤放大器

采用脉冲调制的单模带尾纤输出的半导体激光器作为种子源,以掺镱光纤为增益介质,采用主振荡功率放大(MOPA)结构,实现了1030nm全光纤脉冲激光放大。脉冲重复频率在50～100kHz范围内可调,在重复频率50kHz时,实现了脉冲宽度为6.53ns,峰值功率为16.08kW的脉冲输出,相应的斜率效率为69%,输出激光的中心波长在1029.49nm。实验还研究了不同重复频率下输出激光脉冲的时域特性。该激光器的输出波长在激光雷达探测器的光谱响应范围内,可作为激光雷达发射光源。     

高功率脉冲双包层光纤激光器的新进展

对高功率脉冲双包层光纤激光器的国内外研究进展进行评述,通过建立了小信号瞬态增益模型,对脉冲激光信号经过双包层光纤放大后的波形进行了数值模拟.分析了基于MOPA方式脉冲双包层光纤激光器的几个问题,报道了中科院上海光机所采用振荡-放大(MOPA)方法获得133.8 W平均功率脉冲放大输出的实验结果.     

激光二极管抽运掺Yb3+光纤放大器获得2.41W超短脉冲输出

对国产掺镱(Yb3 )双包层大模场面积光纤超短脉冲放大器进行了系统的实验研究。以自己搭建的脉冲宽度为2.3ps,重复频率为95MHz的全固态锁模激光器作为种子源,以976nm大功率光纤耦合激光二极管为抽运源,以1.6m国产掺Yb3 双包层大模场面积光纤为增益介质,在11.2W的入纤抽运功率下,将平均功率为100mW的脉冲种子光放大到平均功率2.41W,单脉冲能量达到了25nJ,放大后脉冲的宽度(时域宽度)和光谱都有所展宽。     

高功率双包层光纤放大器

高功率双包层光纤放大器在光纤传感、光纤通讯、光谱测量和惯性约束聚变等领域有广泛应用.介绍了两种获得放大激光输出的高功率双包层光纤放大器:单频双包层光纤放大器和脉冲双包层光纤放大器.分析了它们的工作原理及关键技术,并对国内外近期进展作了综述.     

超短激光脉冲在线性色散光纤中的传播

研究了线性光纤中色散导致光脉冲展宽的详细物理过程,以此为光纤中光孤子产生的物理过程作物理上的准备。     

Efficient, 62.5 Watts all-fiber single-mode 1091 nm MOPA laser

A high power all-fiber single-mode 1091 nm laser is constructed in master oscillator power amplifier (MOPA) configuration.The home-made seed source is an yb3+-doped fiber ring laser with 22.5 mW maxima...     

用于光纤CDMA的超短光脉冲源特性分析

超短光脉冲的产生是光纤ＣＤＭＡ通信的关键技术之一。本文采用半导体激光器多模速率方程模型,分析了增益开关半导体激光器的输出特性,对激光器的本征参数、工作条件与超光脉冲输出特性的关系进行了探讨：也研究了获得取最佳输出特性的条件,可通过控制偏置电汉来调节光脉宽,且在最佳偏置电汉下对市制电流脉宽有一定的宽容度。     

超短脉冲掺Yb3+光纤激光器实验研究

报道了使用976nm半导体激光器作为抽运源。以掺Yb^3 光纤作增益介质构成环形腔激光器产生超短脉冲的实验研究。在腔体净群速度色散为正的掺Yb^3 光纤环形腔激光器中，采用非线性偏振旋转的相加脉冲锁模技术。通过调节偏振控制器的方向和减少腔内损耗，实现稳定的锁模运转。用示波器观察光纤激光器在时域的输出特性，在抽运光一定的情况下，随着光偏振状态的变化，光纤激光器锁模激光的变化呈现稳定和不稳定两个区域。在不稳定锁模区域，激光为不规则的脉冲。通过仔细调节光纤偏振控制器的位置，当光纤偏振控制器在某一适当位置时。激光器工作在稳定的锁模区域。获得最大功率为9．46mW，脉冲激光光谱宽度为10nm．脉冲的重复频率为15．4MHz。     

SBS相位共轭技术在强激光-振放系统上的应用

对SBS相位共轭技术应用于强激光振放系统(masteroscillator power amplifier,MOPA)系统的研究工作进行了回顾,介绍了几种用于放大级畸变修正、退偏补偿、激光束并束的典型实验方案,指出了SBS相位共轭技术应用于MOPA上的一些可能的发展方向。