基于空间滤波的光纤激光被动相位锁定技术研究

基于空间滤波的被动相位锁定,对掺Yb光纤激光阵列的相干组束进行了理论和实验研究.分析了基于空间滤波光反馈相位锁定的原理,研究了远场相干光斑Strehl比与激光波长及光谱带宽的关系.建立了二维四路掺Yb光纤放大器阵列的被动相位锁定实验系统,实现了稳定的相干耦合激光输出,远场光斑Strehl比为0.77.测得输出激光光谱中单个纵模的带宽约为9.1 GHz,与理论计算符合较好. 关键词： 光纤激光 相干合成 环形腔     

基于公共环形腔耦合的光纤激光器相干合成技术

 为提高光纤激光器无源自调整相干合成阵列的效率、稳定性和可扩展性,提出了基于公共光纤环形腔耦合与单模光纤滤波的光纤激光器相干合成方案。将多个2×2的光纤耦合器分别插入各单元激光器的谐振腔,利用耦合器余下的端口,两两相连构成公共环形耦合腔。采用单模光纤滤波技术,提高了各输出激光束之间相位锁定的稳定性。利用该方案在实验上实现了三路光纤激光器的被动锁相输出,实验测得的远场干涉光斑、输出功率及光谱均表明该方案适于构建性能较好的光纤激光器相干合成阵列。     

两光纤激光器相干合成的实验研究

利用迈氏腔技术,进行了光子晶体光纤(PCF)激光器相干合成的实验研究,实现了两光子晶体光纤激光器的相位锁定,获得了功率为47W的相干输出.解释了在迈氏腔的两个输出光路上分别实现相干相长和相干相消的物理机理.实验结果表明,合成激光光谱较单台PCF激光器的激光光谱有显著的改善,波长带宽小于5nm. 关键词： 光子晶体光纤 相位锁定 迈氏腔 光纤激光器     

全光纤光反馈环形腔结构多路激光被动相干合成

提出了基于全光纤光反馈环形腔结构的多路光纤激光相干合成方案,实现了多路激光的被动相干合成。全光纤结构避免了传统孔径拼接输出结构的旁斑能量耗散问题,保证了合成光束的光束质量。开展了实验研究,实现了4路光纤激光的相干锁相输出,获得时域、空域特性均十分稳定的合成光束,合成效率为96.1%,取得较好的合成效果。     

高功率光纤激光阵列被动相干组束技术研究

对高功率光纤激光的被动相干组束技术进行了理论和实验研究.介绍了几种典型的被动相干组束技术,并对其功率可提升性进行了分析.详细报道了课题组在光反馈环形腔结构光纤激光相干组束方面的研究进展,研究分析了该相干组束技术的输出光谱特性和路数可提升性,建立了4路和8路高功率光纤放大器的相干组束系统,并分别实现了1062和1090W...     

脉冲光纤激光被动相干偏振合成研究

提出了脉冲激光被动相干偏振合成方案．利用光反馈环形腔结构实现多路激光的自组织被动锁相,利用级联偏振合柬的结构实现多路激光偏振合成,实现多路相干光束同轴输出．开展了4路脉冲激光相干偏振合成实验研究,获得了91．9％的合成效率,可获得时域、空域特性均十分稳定的合成脉冲激光．该方案为获得高功率脉冲光纤激光提供了一条可行的技术途径．     

利用全光纤结构Michelson腔实现两路高功率双包层光纤激光器相干合成

Michelson腔技术是实现激光相干合成的有效方案. 利用Michelson腔技术, 实现了全光纤结构下的两路光纤激光器的相干合成, 获得了功率为11.75 W, 效率为95.76%的相干输出. 实验研究了相干合成效率与激光腔长差的关系以及抽运对称性对相干合成效率的影响. 实验表明相干合成效率极易受激光腔长差的影响, 不同腔长差下相干合成效率差异可达18%以上, 且存在最佳腔长差; 抽运对称性对相干合成效率的影响在2%以内.     

两路关联光纤激光器互注入锁相实验

基于角锥互注入锁相相干合成方案,利用光纤Bragg光栅（R=85％@1064nm）作为两路光纤激光器的共用腔镜,实现了两路光纤激光器相关联,进一步提高了激光的互注入能量。采用外腔结构,较容易实现了两路光纤激光器的能量互注入锁相。在实验上观察到了远场清晰稳定的干涉条纹（可见度超过0．8）,获得了功率合成效率约为80％的线偏振相干激光输出。     

被动锁模光纤激光器光谱边带

基于非线性偏振旋转锁模原理、非线性薛定谔方程和色散波干涉理论,建立了被动锁模光纤激光器的光谱分析模型.采用此模型进行数值仿真,研究了腔体长度、增益光纤长度和耦合输出比对光谱边带的影响.并分别采用13 m、16 m和26 m的腔长,0.5 m.1.5 m和3 m的掺铒光纤以及不同的耦合输出比进行了实验,对比了上述情况下激光器的输出光谱.实验与仿真结果表明.要抑制光谱边带,应尽最缩短腔长,适当增加增益光纤的长度和采用较低的耦合输出比.并保证激光器处在基阶锁模状态.理论模型的仿真结果与实验现象吻合较好.取3 m增益光纤、13 m腔长和10%的输出比,获得了光谱边带抑制较好、谱宽20.4 nm的锁模脉冲激光.重复频率为15.87 MHz.单脉冲能最约0.52 nJ,脉冲幅值和光谱谱宽分别存在约4%和2%的波动.     

子激光器功率差对光纤激光器相干组束的影响

设计了由两支光纤激光器通过耦合器组成的迈克尔逊腔型光纤激光器阵列,实现了相干合成输出,相干合成功率与完全相干合成的理论值偏差约9％。研究了子激光器功率差对低损耗端口相干合成特性的影响。结果表明：当子光纤激光器功率差减小时,耦合效率增大,理论与实验偏差减小,泵浦效率增大,输出功率增大,光谱中心波长基本不变;子激光器功率越大,子激光器功率差对以上物理量的影响越小。     

两路双包层光纤激光器互注入锁相实验研究

提出了一种利用45°半透半反分束镜和角锥反射器实现两路光纤激光器的能量相互注入,从而获得相干合成激光输出的新方法,分析了其锁相原理.在实验上成功实现了两路独立振荡双包层光纤激光器的互注入锁相输出,在远场观察到了清晰稳定的干涉条纹（可见度约0.57）,获得了超过10W的相干合成激光输出,功率合成效率约为76%.实验表明,这种互注入锁相方法可以在更高功率条件下运行,是光纤激光相干合成领域一种有前途的新技术. 关键词： 光纤激光器 相干合成 互注入锁相     

利用全光纤耦合环实现三路光纤激光器的相位锁定

利用三个2×2的光纤耦合器按一定规则联接成一个全光纤耦合环,该耦合环将三个独立的掺铒光纤激光器连成一个锁相阵列. 由于耦合环的引入,锁相阵列的整体损耗减小,且三个单元激光器之间可以进行有效的能量相互注入耦合,进而实现阵列的锁相输出. 实验中观察到的远场干涉图样和锁相前后的输出光谱均表明三路光纤激光器实现了相位锁定,当三路抽运源的功率均为100 mW时,获得了92 mW的稳定相干输出. 关键词： 光纤激光器 相干合成 光纤耦合器 相位锁定     

主振荡功率放大器结构光纤激光相干合成系统对谱线需求的实验研究

主振荡功率放大器(MOPA)结构光纤激光相干合成通常被认为需要种子源保持单频输出,而由此引入的非线性效应限制了单链路光纤激光的输出功率。采用宽谱种子源和多波长种子源是抑制非线性效应的有效方式。利用随机并行梯度下降法对三路宽谱光纤放大器和三路多波长光纤放大器相干合成进行了实验研究,取得了理想的相干合成效果。实验结果表明,谱线宽度不是制约MOPA结构相干合成的因素,宽谱放大器和多波长放大器的使用有望使MOPA结构光纤激光相干合成系统获得更高功率的输出。     

基于空间结构内部锁相的光纤激光相干合成技术

介绍了本课题组近年来在基于空间结构内部锁相的光纤激光相干合成方面的研究工作,给出了空间结构内部锁相相干合成的基本原理,搭建了七路低功率光纤激光阵列实验系统,结果表明在内部相位噪声校正基础之上,可以稳定补偿外部相位差进而实现激光阵列同相位输出,验证了内部锁相方法的可行性。进一步介绍了空间结构内部锁相技术在目标在回路相干合成、阵列光束光场调控等方面的拓展应用,通过实验论证了空间结构内部锁相技术能够有效提升目标在回路相干合成系统的相位控制带宽,并在远场有效生成轨道角动量光束阵列,其拓扑荷数可从-1到+1切换。     

全光纤激光相干合成光谱响应特性研究

基于N-腔镜谐振腔理论对全光纤激光相干合成进行了理论分析，数值模拟了迈克尔逊型相干合成激光器的光谱特性，对两个光纤Bragg光栅的中心波长差和两路光的光程差对合成光谱特性的影响给出了理论解释.用啁啾光纤光栅取代其中一个光纤Bragg光栅，使激光相干合成的带宽由0.3 nm拓展到1.0 nm.     

SPGD算法在光纤激光相干阵列光束控制中的应用

主动相位控制的光纤激光阵列相干合成在提高输出功率的同时能够保证良好的光束质量,其关键技术在于光纤激光相干阵列的锁相控制。基于随机并行梯度下降(SPGD)算法的锁相控制方案不仅具有控制策略简单、系统结构紧凑的优点,而且通过算法性能评价函数和迭代参数的选取,能够对光纤激光相干阵列进行多种锁相控制,从而得到各种形式的阵列合成光束输出,实现与自适应光子锁相元件整列(APPLE)系统阵列的有效契合。理论研究并实验实现了基于SPGD算法的相位控制方案的同相相干合成锁相控制、合成光束主极大偏转控制和空心光束产生等功能,验证了基于SPGD算法的全电光束控制在各种形态光束控制中的可行性。     

基于迈克尔逊型耦合腔光纤激光器相干合成的理论与实验研究

为使光纤激光器在自由空间中进行有效的相干合成,提出了耦合臂上带有会聚透镜的迈克尔逊型耦合腔,并将外腔配置为f－f结构以增强内部反馈.利用高斯光束的ABCD定律分析了外腔的传输特性,详细研究了外腔偏离f－f结构对相互注入耦合效率的影响,指出输出光纤端面与透镜前焦平面的偏差是影响反馈耦合效率的关键因素.基于此特别设计的迈克尔逊型耦合腔,实验上实现了两路光纤激光的有效相干合成.当透镜被移走时,阵列输出功率下降为原始值的78.5％,且相干态变得不稳定.     

一种新型可调谐环型腔掺饵光纤激光器输出特性的研究

理论分析了光纤光栅调谐量与光纤应力和拉伸系数间的关系,实验研究了环行腔掺铒光纤激光器的最佳输出耦合比、调谐波长与新型可调谐光纤光栅挤压长度的关系以及不同耦合比对激光线宽和调谐范围的影响。在最佳输出耦合比为9:1时得到3.8mW最大激光输出功率,在耦合比为7:3时最大调谐范围为7.85nm。     

后腔镜对掺镱双包层光纤激光器输出特性影响研究

使用国产掺镱双包层光纤搭建了双包层激光器实验系统.将透射率不同的反射镜作为后腔镜进行了激光器输出激光光谱和功率测量.根据激光器数学模型和增益理论,分析了实验中后腔镜参量对激光器输出特性的影响,并深入讨论了后腔镜透射率与激光器输出波长之间的关系.实验表明：后腔镜与激光器输出激光功率和波长紧密联系,通过调节后腔镜的透射率可以优化系统的输出激光特性.     

两光子晶体光纤激光器相干锁定的实验研究

利用自成像腔技术进行光子晶体光纤(PCF)激光器光束相干合成的实验研究,实现了两光子晶体光纤激光器的相位锁定.在不使用滤波器的情况下,实验仍能观测到清晰的下涉图样,且在高功率输出状态以及环境噪声情况下干涉图样仍可保持稳定,表明具有单模大模场特性的光子晶体光纤在实现光束相干合成方面比传统的双包层光纤(DCF)有明显的优越性.实验还表明耦合输出镜的反射率对相干输出功率有一定影响,当反射镜的反射率分别为5%,10%和15%时,两台激光器相干输出斜率效率分别为63.8%,61.6%和60.2%.在抽运功率为150 W和耦合输出镜的反射率为5%时,获得95.8 W的最大相干功率输出,相干功率合成效率为90.2%.实验中无任何热光效应产生,有望利用该方法获得更高的相干输出功率.