光纤放大器中的受激布里渊散射阈值

 从受激布里渊散射(SBS)耦合波理论出发,根据双包层光纤放大器中的受激布里渊散射阈值模型,理论仿真了信号带宽、纤芯直径、放大器增益对SBS阈值的影响,并从实验上研究了单频百纳秒脉冲信号在掺镱双包层光纤放大器中的受激布里渊散射现象。实验中输入脉冲信号重复频率1 Hz,脉宽200 ns,对不同的输入脉冲信号放大,前向放大脉冲在脉冲能量660 nJ、峰值功率3.3 W时出现畸变,产生后向SBS窄脉冲,达到了SBS阈值,实验计算的SBS阈值与理论分析结果基本一致。     

光纤放大器中的受激布里渊散射阈值

从受激布里渊散射(SBS)耦合波理论出发,根据双包层光纤放大器中的受激布里渊散射阈值模型,理论仿真了信号带宽、纤芯直径、放大器增益对SBS阈值的影响,并从实验上研究了单频百纳秒脉冲信号在掺镱双包层光纤放大器中的受激布里渊散射现象。实验中输入脉冲信号重复频率1 Hz,脉宽200 ns,对不同的输入脉冲信号放大,前向放大脉冲在脉冲能量660 nJ、峰值功率3.3 W时出现畸变,产生后向SBS窄脉冲,达到了SBS阈值,实验计算的SBS阈值与理论分析结果基本一致。     

高峰值功率大模场全光纤脉冲放大器

报道了一种由纤芯直径分别为15μm和25μm的大模场光纤组成的全光纤脉冲放大器模块.当注入脉冲宽度为10 ns,重复频率为1 Hz.光谱宽度为0.3 nm,脉冲能量为80 nJ的激光脉冲时,经过两级放大输出的激光脉冲峰值功率为30 kW,单脉冲能量为300μJ.此外,实验研究了该放大器模块输出的时间特性.研究发现:由于受激布里渊散射(SBS)效应,限制了单纵模光纤激光在光纤中的高能量放大,采用宽带激光脉冲可以有效地抑制SBS效应,提高光纤放大器的SBS阈值.     

增益竞争双波长放大单频光纤放大器理论研究

引入增益竞争是抑制单频光纤放大器中受激布里渊散射(SBS)的有效方式. 在单频光纤放大器的基础上, 推导了描述增益竞争双波长放大单频掺镱双包层光纤放大器的稳态速率方程组, 建立了增益竞争双波长放大单频光纤放大器的理论模型; 利用建立的理论模型模拟分析了信号光波长间隔、 信号光种子功率比、 抽运方式和增益光纤长度等因素对放大器的单频激光输出 效率以及SBS抑制效果的影响.     

S波段光纤拉曼放大器中级联受激布里渊散射串扰的实验研究

研究了光纤激光器前向抽运的S波段分布式光纤拉曼放大器中级联的受激布里渊散射(SBS)串扰现象。用窄光谱带宽(<100MHz)的可调谐激光二极管作为信号源,通过S波段分布式光纤拉曼放大器,当被放大的信号功率超过单模光纤受激布里渊散射的阈值时,出现了前向受激布里渊散射,这是传导声波布里渊散射在光纤放大器中放大的现象。随着拉曼放大器抽运功率的提高,在斯托克斯区,出现了两阶受激布里渊散射线,在实验中观测到偶数阶的受激布里渊散射谱线功率大于奇数阶的布里渊一瑞利散射线。当进一步增加拉曼放大器的抽运功率,出现了前向级联的多阶受激布里渊散射现象,拉曼放大器的增益下降,被放大的信号功率转换为受激布里渊散射,噪声变大。受激布里渊散射的串扰破坏了拉曼放大器的特性,使拉曼放大器无法在密集波分复用光纤传输系统中使用,因此需要严格地控制入纤的信号功率和放大器的抽运功率。在实验中还观测到在光纤拉曼放大器中被放大的信号光和受激布里渊散射线两侧的伴线。     

后向泵浦高功率掺镱光纤放大器的非弹性散射效应

在考虑受激布里渊散射和受激喇曼散射效应的基础上,数值求解了双包层掺镱光纤放大器的速率-传输方程,分析了后向泵浦高功率掺镱光纤放大器在不同信号光线宽、光纤长度和纤芯直径下的输出特性,研究了受激布里渊散射和受激喇曼散射的抑制条件。计算结果表明:在后向泵浦方式下,若掺镱光纤长度小于0.68 m,纤芯直径大于26 μm,信号光线宽大于0.04 nm,则放大过程中的受激布里渊散射和受激喇曼散射能同时得到有效抑制。     

掺镱光纤放大器中的热效应分析

为了研究掺镱双包层单频光纤放大器中受激布里渊散射产生的规律,从含有受激布理渊散射的速率方程和热传导方程出发,对光纤放大器中的热效应问题进行了理论分析.讨论了泵浦功率、包层半径和换热系数对受激布理渊散射的影响,所得结论为实验研究单频光纤放大器中受激布理渊散射的变化规律提供了理论依据.     

掺镱光纤放大器中的热效应分析

为了研究掺镱双包层单频光纤放大器中受激布里渊散射产生的规律,从含有受激布理渊散射的速率方程和热传导方程出发,对光纤放大器中的热效应问题进行了理论分析.讨论了泵浦功率、包层半径和换热系数对受激布理渊散射的影响,所得结论为实验研究单频光纤放大器中受激布理渊散射的变化规律提供了理论依据.     

后向泵浦高功率掺镱光纤放大器的非弹性散射效应

 在考虑受激布里渊散射和受激喇曼散射效应的基础上,数值求解了双包层掺镱光纤放大器的速率-传输方程,分析了后向泵浦高功率掺镱光纤放大器在不同信号光线宽、光纤长度和纤芯直径下的输出特性,研究了受激布里渊散射和受激喇曼散射的抑制条件。计算结果表明:在后向泵浦方式下,若掺镱光纤长度小于0.68 m,纤芯直径大于26 μm,信号光线宽大于0.04 nm,则放大过程中的受激布里渊散射和受激喇曼散射能同时得到有效抑制。     

高峰值功率大模场全光纤脉冲放大器

报道了一种由纤芯直径分别为15 μm和25 μm的大模场光纤组成的全光纤脉冲放大器模块。当注入脉冲宽度为10 ns,重复频率为1 Hz,光谱宽度为0.3 nm,脉冲能量为80 nJ的激光脉冲时,经过两级放大输出的激光脉冲峰值功率为30 kW,单脉冲能量为300 μJ。此外,实验研究了该放大器模块输出的时间特性。研究发现：由于受激布里渊散射（SBS）效应,限制了单纵模光纤激光在光纤中的高能量放大,采用宽带激光脉冲可以有效地抑制SBS效应,提高光纤放大器的SBS阈值。     

光纤放大器受激布里渊散射效应抑制

提出了一种多波长窄线宽光纤放大器,其种子光由多个单频激光耦合而成,所有单频激光波长几乎相等（波长间隔小于1 nm）,频率间隔大于两倍布里渊频移。建立了此类多波长窄线宽光纤放大器的完整理论模型,分析了放大器中受激布里渊散射（SBS）与种子数目的关系。搭建了双波长和三波长窄线宽光纤放大器,进行SBS阈值输出功率测定实验。实验结果与理论模拟结果基本一致,验证了理论模型的合理性;双波长和三波长放大可以有效抑制SBS效应,大幅提高放大器输出功率。     

光纤放大器受激布里渊散射效应抑制

提出了一种多波长窄线宽光纤放大器,其种子光由多个单频激光耦合而成,所有单频激光波长几乎相等（波长间隔小于1 nm）,频率间隔大于两倍布里渊频移。建立了此类多波长窄线宽光纤放大器的完整理论模型,分析了放大器中受激布里渊散射（SBS）与种子数目的关系。搭建了双波长和三波长窄线宽光纤放大器,进行SBS阈值输出功率测定实验。实验结果与理论模拟结果基本一致,验证了理论模型的合理性;双波长和三波长放大可以有效抑制SBS效应,大幅提高放大器输出功率。     

百瓦级全光纤结构单频掺铥主振荡功率放大器

报道了平均功率超过百瓦的单频掺铥全光纤结构主振荡功率放大器。使用线宽小于100kHz、中心波长为1.97μm的单频种子源进行级联放大,主放大器的斜率效率为50%。监测放大器的回光功率和光谱,没有发现受激布里渊散射以及其他非线性效应。通过增加泵浦功率,可以获得更高功率的掺铥单频放大输出。     

高功率掺镱双包层光纤放大器放大特性理论模拟

 运用掺镱双包层光纤放大器的理论模型,分析了连续和脉冲光放大时放大自发辐射(ASE)的计算方法。采用Runge-Kutta方法求解了考虑ASE稳态时掺镱双包层光纤放大器的放大特性,采用有限差分法求解了矩形、高斯和超高斯脉冲的放大特性。结果表明：用3 m长的双包层光纤、10 W的泵浦功率可以将脉宽3 ns、峰值功率为1 W的脉冲信号光峰值功率放大到15 kW左右;在饱和增益情况下,脉冲的波形变尖,宽度变窄;采用短的大模场双包层光纤和后向泵浦方式可以有效地降低ASE,并避免有害非线性效应。     

高功率掺镱双包层光纤放大器放大特性理论模拟

运用掺镱双包层光纤放大器的理论模型,分析了连续和脉冲光放大时放大自发辐射(ASE)的计算方法。采用Runge-Kutta方法求解了考虑ASE稳态时掺镱双包层光纤放大器的放大特性,采用有限差分法求解了矩形、高斯和超高斯脉冲的放大特性。结果表明：用3 m长的双包层光纤、10 W的泵浦功率可以将脉宽3 ns、峰值功率为1 W的脉冲信号光峰值功率放大到15 kW左右;在饱和增益情况下,脉冲的波形变尖,宽度变窄;采用短的大模场双包层光纤和后向泵浦方式可以有效地降低ASE,并避免有害非线性效应。     

高峰值功率掺Yb3+石英光纤脉冲单频MOPA

报道了基于掺Yb³⁺石英有源光纤的高峰值功率脉冲单频激光主振荡功率放大器(MOPA)。实验研究了主放大器中有源光纤长度对脉冲单频激光峰值功率、受激布里渊散射(SBS)阈值和光-光转换效率的影响,为优化激光器的转换效率和抑制SBS效应提供了依据。当使用的有源光纤长度为0.9 m时,21 W泵浦功率下脉冲宽度为2.4 ns、重复频率为20 kHz的1064.4 nm脉冲单频激光的平均输出功率为4.37 W,且没有明显的连续波放大自发辐射(ASE)成分,对应的单脉冲能量为0.22 mJ,峰值功率可达91 kW。最大输出功率时脉冲单频激光光谱线宽为279 MHz,光信噪比为45 dB,光束质量因子M2为1.44。     

百皮秒脉冲放大中自相位调制效应实验研究

利用掺镱双包层光纤放大器对百皮秒单脉冲(重复频率1 Hz)进行了放大实验,分析了其放大过程中自相位调制对脉冲时域和频域特性的影响.采用小芯径(纤芯直径6.5tμm)掺镱双包层光纤作为增益介质,研究了放大器中从小信号增益到增益深度饱和整个变化过程中自相位调制引起的频谱展宽效应,并分析了SPM引起的脉冲波形和频谱光强分布的...     

128 W单频线偏振光纤放大器特性研究

高功率单频激光在激光雷达、光谱学、精密测量等领域具有广阔的应用前景.采用中心波长为1064 nm、光谱线宽为20 kHz、偏振消光比（PER）高于20 dB的单频线偏振分布式反馈光纤激光器做种子源（尾纤输出功率约为10 mW）,利用种子注入主振荡功率光纤放大技术,通过两级级联放大实现了128 W高功率单频、线偏振、近衍射极限单模连续激光输出.主放大器光-光效率达到83%,PER高于12 dB.采用分段温控技术有效地提高了光纤中的受激布里渊散射（SBS）阈值,实验中未观察到明显的放大自发辐射和SBS现象,进 关键词： 掺Yb光纤放大器 主振荡功率光纤放大 单频 线偏振     

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.     

单频光纤拉曼放大器的实验研究

本文进行了1031 nm抽运光对1080 nm单频信号光的拉曼放大实验,详细研究了单频信号光种子功率、拉曼增益光纤长度、抽运方式等因素对 单频光纤拉曼放大器(SF-FRA)输出特性的影响.结果表明,在未受受激布里渊散射(SBS)因素限制时,相同抽运功率条件下,单频信号光种子功率越高,SF-FRA的效率越高;拉曼增益光纤越长,SF-FRA的效率越高;前向抽运时,SF-FRA的效率较高.实验中发现SF-FRA的拉曼放大过程对单频信号光的线宽有较小的展宽.此外,单频信号光远场干涉短曝光图像的对比度为0.814,单频信号光与SF-FRA放大光远场干涉短曝光图像可见度为0.719,表明SF-FRA对单频信号光的相干性有一定影响.实验结论可为其他特殊波长SF-FRA的设计提供一定的参考.