Yb：Er共掺杂对掺铒光纤激光器中自脉冲行为的抑制作用

为了进一步提高镱铒共掺杂光纤激光器的实用性，对镱铒掺杂光纤激光器的自脉冲现象进行了理论分析。利用掺杂光纤中铒离子对的可饱和吸收的作用而引起自脉冲运转及离子对互作用模型作为理论基础建立系统模型，通过理论计算分析了共掺杂镱后掺铒光纤的有效抽运速率，证明了镱铒共掺杂可以提高有效抽运速率。使用这种光纤，可以使抑制光纤激光器中离子对导致的自脉冲效应所需的抽运功率水平大大降低。半导体激光器输出的抽运功率足以抑制由离子对导致的自脉冲，提供稳定激光运转。在研制稳定单频或高重复频率锁模光纤激光器方面，这种可用激光二极管抽运的镱铒共掺光纤具有很大的潜力。     

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。     

高功率全光纤1.6微米类噪声方形脉冲激光器

报道了一种工作波长在1.6μm的哑铃形结构高功率铒镱共掺全光纤锁模激光器.无隔离器结构设计以及大模面积双包层铒镱共掺光纤的使用,使振荡器可稳定高效地工作于较高泵浦功率下.证明了不同带内吸收系数的铒镱共掺光纤对输出波长有极其重要的影响,带内吸收调控可作为一种有效的波长控制方法.实验中,利用高带内吸收光纤获得了稳定的1.6μm高功率、大能量纳秒类噪声方形脉冲输出,最大平均输出功率和单脉冲能量分别为1.16 W和1.26μJ.同时研究了附加插入损耗对所设计激光器输出特性的影响,当总附加插入损耗为10 d B时,激光器仍然可以稳定发射1.6μm类噪声方形脉冲,说明利用高带内吸收系数的铒镱共掺光纤设计的激光器对1.6μm输出波长具备极强的鲁棒性.对于过大的附加插入损耗, 1.6μm输出波长会被完全抑制.     

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.     

铒镱共掺光波导激光器的稳态特性

从光波导激光器的工作理论出发,研究了铒镱共掺磷酸盐波导激光器的稳态特性。利用重叠因子简化了980 nm光抽运的铒镱共掺波导激光器四能级模型的速率-传输方程;在忽略自发辐射的情况下,利用数值模拟的方法,得到了铒镱共掺波导激光器的输出与Er³⁺/Yb³⁺离子浓度、泵浦功率、波导长度等参量之间的关系曲线。理论分析结果表明,选择合适的铒镱离子浓度是制作铒镱共掺波导激光器的关键。采用980 nm波长的泵浦光,泵浦功率为80 mW,Er³⁺浓度取20×10²⁶/m³左右,Yb³⁺/Er³⁺浓度比为7~10,波导长度为20 cm左右时,可以得到最大输出光功率。     

自调Q、自锁模铒/镱共掺光纤激光器

研究了结构新颖的环形腔铒/镱（Er/Yb）共掺双包层光纤激光器.为了获得高功率激光输出,使用6个激光二极管（LD）同时抽运Er/Yb共掺光纤,采用光纤光栅（FBG）Sagnac环作为波长选择器,得到了中心波长为1548.11 nm、谱线宽度为0.06 nm的窄线宽激光输出;并利用增益光纤作为可饱和吸收体,实现了自调Q、自锁模脉冲输出.当抽运功率为719 mW时,激光器输出自调Q脉冲,脉冲周期为20μs,脉冲宽度为2.8μs,脉冲的平均功率为38.4mW,峰值功率为274.3mW;当抽运功率为3.6 W时,激光器输出自锁模脉冲,脉冲宽度为4ns,平均功率为319 mW,脉冲峰值功率大于10 W,重复频率为7.937 MHz.     

SESAM锁模全保偏光纤激光器重复频率的精确锁定

实验采用共振增强式非线性折射率调制技术实现了半导体可饱和吸收镜锁模全保偏掺镱光纤激光器重复频率的精确锁定。在掺镱光纤激光器的腔内加入一个980/1064nm的波分复用器(WDM)和一段掺铒增益光纤,通过反馈控制加载在该掺铒光纤上的976nm抽运光LD2功率调控掺铒光纤的非线性折射率,进而对激光器的光学腔长实施控制,最终实现重复频率的精确锁定。优化了不同掺铒光纤长度及抽运光初始功率对激光器重复频率控制范围和锁定精度的影响。结果表明:当掺铒光纤长度为1.75m时,通过调整抽运光功率能够实现180Hz的重复频率调整范围;而重复频率的锁定精度仅与抽运光的初始功率密切相关,并不受掺铒光纤长度的明显影响。当LD2抽运光强度为18mW时,重复频率峰-峰值的波动范围小于0.5mHz,相应的标准偏差为0.16mHz,输出功率的标准偏差为0.009mW。此外,通过反馈控制抽运源LD1的强度,并取掉了腔内的掺铒增益光纤及与其相连的WDM,发现由于共振增强非线性和克尔非线性对光纤折射率的叠加,在稳定的单脉冲锁模区间内,重复频率单调变化的范围增加至1kHz,而锁定精度略有降低。     

全光纤化2.8μm中红外被动调Q激光器数值分析

提出了一种实现全光纤中红外激光器脉冲运转的方法。利用氟化物玻璃中镝离子(Dy³⁺)的2.8μm波段的吸收截面与铒离子(Er³⁺)发射截面重合的特性,将掺镝氟化物光纤作为中红外波段的可饱和吸收体,实现2.8μm掺铒氟化物光纤激光器全光纤结构的被动调Q脉冲运转;通过在可饱和吸收体两端引入中心波长为3.1μm的光纤光栅,解决Dy³⁺上能级寿命较长所导致的高泵浦功率下Dy³⁺吸收饱和、进而导致被动调Q失效的问题。基于该结构建立了2.8μm被动调Q掺铒光纤激光器的速率方程模型,计算了可饱和吸收体的参数及其两端的谐振腔反馈条件对2.8μm激光器的脉冲运转功率和时间特性的影响。计算结果表明,通过在可饱和吸收体两端引入光纤光栅可以加快可饱和吸收体的恢复过程,使激光器能够在高泵浦功率下保持调Q脉冲运转。     

铒离子与其它稀土离子共掺杂特性研究

掺铒光纤放大器设计应用于多波段放大,铒离子与其它稀土离子共掺杂所特有的宽吸收谱特性,使其在高功率放大器和高功率激光器的应用中得天独厚。为得到更宽放大带宽,最主要的是改变掺杂光纤的光谱性能。本文涉及的铒与镱、铥以及镧共掺杂光纤是采用MCVD工艺制备的,主要研究了离子浓度和掺杂比例对光纤光谱性能的影响。发现EDF的吸收与铒离子掺杂浓度以及铒离子与其它稀土离子的掺杂比例有关,同时通过加入其它稀土离子可以加宽EDF的吸收带。     

15波长输出的布里渊掺铒光纤激光器

多波长布里渊掺铒光纤激光器是一种新型的多波长光纤激光器,其原理是利用受激布里渊增益和掺铒光纤的线性增益,可以在常温下得到波长间隔约为0．08nm(～10GHz)的多波长输出。报道的布里渊掺铒光纤激光器,在布里渊抽运功率为1．7mW、980nm抽运功率为300mW的情况下得到稳定的15个波长(间隔～10GHz)的输出,这种激光器用作光传感器、光谱分析仪以及密集波分复用系统的光源。实验发现,输出波长的个数随着980nm抽运功率的增大而增加。另外,布里渊掺铒光纤激光器的信号功率主要来自于掺铒光纤的增益,而布里渊增益对它的影响不大。     

掺镱光纤激光器自脉冲与自脉冲内的自锁模研究

采用单端连续抽运方式, 对自由运转的双包层掺镱光纤激光器的输出特性进行了详细的实验研究. 实验中不但观察到了自脉冲, 而且首次在自由运转的光纤激光器中观察到自锁模现象, 对它们产生的物理机理进行了相应的理论分析. 分析表明: 增益光纤的弱(未) 抽运部分对信号光的吸收导致光纤激光器内自脉冲的出现, 轴向模之间的拍频和自相位调制导致自锁模现象的出现, 而受激拉曼散射、 受激布里渊散射等非线性效应使它们进一步增强. 当抽运光功率略高于阈值时, 自脉冲宽度比较宽, 随抽运光功率增加自脉冲的脉宽变窄; 自脉冲包络面内的自锁模脉冲的宽度随抽运光功率增加也变窄, 进一步增加抽运光功率, 自脉冲和自脉冲包络面内的自锁模现象消失. 实验测得自锁模脉冲的间隔为224 ns, 最大(小) 自锁模脉冲的半高全宽约为35.0 ns (6.3 ns); 测得信号光的中心波长为1090 nm, 谱线半高全宽的最大(小) 值约为7.05 nm (2.01 nm).     

输出平均功率大于2W的高功率、包层抽运、超短脉冲铒镱共掺光纤激光器

采用主振荡功率放大的方式，研制成功集宽带波长连续可调谐、带宽内输出功率谱均衡、高重复频率和高功率性能于一体的超短脉冲包层抽运铒镱共掺光纤激光器.将优化主振荡器和功率放大器的腔结构与掺铒光纤的饱和增益特性结合起来，实现了1535nm—1570nm(35nm带宽)的输出功率均衡的波长连续可调谐激光输出，在带宽内激光功率的最大波动仅为0.5dBm；带宽内平均输出功率大于2W、脉冲重复频率大于10GHz、脉冲宽度小于30ps.该激光器具有综合性能指标先进、结构简单、全光纤化、使用方便等优点. 关键词： 光纤激光器 包层抽运 短脉冲 高重复频率     

915nm泵浦混合掺铒/铒镱共掺双包层光纤放大器

研究了一种混合掺铒/铒镱共掺光纤放大器,用掺铒光纤放大器作为输入信号的预放大器,用铒镱共掺双包层光纤放大器作为主放大器。掺铒光纤放大器采用20m长掺铒光纤作为增益介质,采用最大输出功率318mW的单模半导体激光器二极管作为泵浦源,预放大器获得的最大输出功率是113mW。铒镱共掺光纤放大器采用14m长铒镱共掺双包层光纤作为增益介质,采用2个915nm多模半导体激光二极管作为泵浦源,在输入信号功率为10mW、信号波长1555nm时,混合光纤放大器获得了最大输出功率为32.04dBm,即1.6W,与此相应的混合光纤放大器的光-光转换效率为18.5%。     

辅腔泵浦高功率铒镱共掺光纤激光器实验研究

铒镱共掺光纤激光器的功率提高主要受热效应和镱波段放大的自发辐射的限制。为了提高铒镱共掺光纤激光器的输出功率,设计了液冷散热结构并采用辅腔泵浦法进行实验研究。结果表明,采用2.1 m长的大模面积铒镱共掺双包层光纤时,在47.5 W的泵浦功率下得到了波长为1 548.9 nm、最高功率为21.6 W的输出,综合泵浦转化效率为45.7%;辅助腔中镱波段振荡建立前后的斜率效率分别为48.4%和56.2%。     

用转移函数方法研究铒离子上转换发光与抽运功率的关系

用转移函数方法分析了铒离子上转换发光与抽运功率的关系.对单掺铒离子的发光材料,对比分析了铒离子为高浓度和低浓度掺杂时上转换发光强度与抽运功率的关系.对稀土离子共掺杂系统,分析了Er3+在铒镱共掺杂的氟氧化物玻璃陶瓷中的上转换发光过程,认为Er3+绿色辐射的上转换发光强度与抽运激光功率的非平方关系是由于Er3+和Yb3+之间的强交叉弛豫过程引起的.讨论了在稀土离子共掺杂的氟氧化物玻璃陶瓷中提高Er3+的上转换发光强度的几种方法. 关键词： 转移函数方法 上转换发光 氟氧化物玻璃陶瓷     

高浓度镱铒共掺磷酸盐光纤放大器增益特性

在忽略高能级的自发辐射和光纤损耗的情况下，利用速率方程和传输方程理论研究了高浓度Er³⁺/Yb³⁺共掺磷酸盐玻璃光纤放大器的增益特性，讨论了Er³⁺浓度、Yb³⁺浓度、抽运光功率、信号光功率、光纤长度对放大器增益的影响，并与单掺铒光纤放大器进行了比较.由于Yb³⁺的敏化作用降低了铒离子的团簇效应，减少了离子间相互作用，共掺光纤的增益和效率明显高于单掺光纤.数值计算表明，3.2cm长Er³⁺/Yb³⁺共掺光纤在980nm的20dBm(100mW)抽运功率下，1532nm处的增益可达10dB. 关键词： 镱铒共掺光纤放大器 速率方程 传输方程 高浓度     

CO-FBMC/OQAM系统导频辅助的时域相位噪声补偿

对1550 nm铒镱共掺光纤放大器不同温度下的输出功率以及经过高温老化后的输出功率和光谱进行了实验研究。通过对比高温和常温下铒镱共掺光纤放大器的输出功率随泵浦功率的变化曲线,得出铒镱共掺光纤放大器在高温环境工作可提高输出功率,且不同长度的增益光纤对温度的敏感性不同的结论。以Arrhenius模型为加速老化模型对增益光纤进行温度为85℃、时间为876 h的加速老化实验,结果表明在常温环境工作5 y后铒镱共掺光纤放大器的输出功率将降低11.24%,放大的自发辐射噪声将增加4.1 dB,根据指数模型预测得到该放大器的使用寿命为7.57 y,这些结果为改善光纤放大器的输出性能和寿命预测提供了理论基础和实验依据。     

铒镱共掺光纤放大器的高温老化输出功率

对1550 nm铒镱共掺光纤放大器不同温度下的输出功率以及经过高温老化后的输出功率和光谱进行了实验研究.通过对比高温和常温下铒镱共掺光纤放大器的输出功率随泵浦功率的变化曲线,得出铒镱共掺光纤放大器在高温环境工作可提高输出功率,且不同长度的增益光纤对温度的敏感性不同的结论.以Arrhenius模型为加速老化模型对增益光纤...     

铒镱共掺微环谐振器的放大特性分析

对铒镱共掺微环谐振器的放大特性进行了理论分析,给出了器件的传递函数和功率增益的公式.在抽运光波长为0.98 μm、信号光中心工作波长为1.55μm的情况下,分析了抽运光功率、信号光功率、铒镱掺杂浓度、微环与信道间的振幅耦合比率对放大器放大特性的影响,给出了上下信道的传输光谱,并对其结构进行了优化设计.模拟结果表明,与同等长度的直条形铒镱共掺波导放大器相比,该器件町获得更高的信号光增益,选取Ppo=8 mW,Pso=36.5μw,NEr=1×1026m-3,NYb=3×1027m-3时,该器件可容易地获得11.6 dB以上共至高达60 dB的信号光功率增益.这种强放大功能的铒镱共掺微环谐振型放大器,将更有利于器件在尺寸上的小型化、集成化.     

Yb3+:Er3+共掺氟磷酸盐玻璃的发光和激光性能

稀土掺杂氟磷酸盐玻璃是可以满足波分复用系统及超短脉冲系统对带宽和平坦增益要求的激光材料之一。研究了其中一种增益带宽宽,发光谱线平坦的镱铒共掺氟磷酸盐玻璃,其计算半峰全宽为51nm。对反映宽带性能的有效增益截面的研究表明,该镱铒共掺氟磷酸盐玻璃在1530～1580nm之间有一平坦的有效增益截面谱线,证明其宽带特性明显优于掺铒磷酸盐玻璃。对Yb^3 离子敏化效率的研究显示,在镱铒比为10：1时,Er^3 离子的吸收截面和发射截面达最大值,分别为0．6601pm^2和0．7325pm^2,表明此比值下Yb^3 对Er^3 的能量传递效率最高。实验结果显示Yb：Er氟磷酸盐玻璃可用作带宽宽,增益平坦,可实现高能输出的激光器和光纤放大器的基质玻璃材料。