光纖激光器中紅外差頻多波長(zhǎng)激光產(chǎn)生

闡述了多芯光纖的優(yōu)點(diǎn)和結(jié)構(gòu),介紹了多芯光纖激光器達(dá)到大的輸出功率的機(jī)理和同相位模式的選模和耦合原理,最后介紹了近年多芯光纖激光器的研究進(jìn)展。

中紅外調(diào)q脈沖光纖激光器在光電對(duì)抗、激光微創(chuàng)手術(shù)、工業(yè)加工和非線性波長(zhǎng)變換等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景,已引起了國(guó)內(nèi)外研究者的高度關(guān)注。2012年開始,美國(guó)亞利桑那大學(xué)的zhu等報(bào)道了利用fe3+…znse晶體和石墨烯作為可飽和吸收體被動(dòng)調(diào)q摻er3+zblan光纖激光器和被動(dòng)調(diào)q摻ho3+zblan光纖激光器,所實(shí)現(xiàn)的最長(zhǎng)波長(zhǎng)為2.93μm,最高脈沖能量為2.0μj。近年來(lái),我國(guó)在2μm波段脈

中紅外光纖激光光源在生物醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測(cè)、材料加工、國(guó)防等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景,近年來(lái)引起了國(guó)內(nèi)外科研工作者的極大興趣。2009年,日本京都大學(xué)tokita等采用高濃度摻鉺zblan光纖實(shí)現(xiàn)了目前3μm波段最高功率的24w激光輸出。2011年,加拿大拉瓦爾大學(xué)bernier等結(jié)合高濃度摻鉺zblan光纖和氟化物光纖光柵,實(shí)現(xiàn)了20.6w2.825μm的全光纖單模光纖激光輸出。然而,高摻雜鉺zblan光纖導(dǎo)致抽運(yùn)吸收過(guò)高而大幅產(chǎn)熱,使激光系統(tǒng)需要引入額外特殊設(shè)計(jì)的冷卻裝置。

為了實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)激光輸出,提出了一種改進(jìn)的多波長(zhǎng)主動(dòng)鎖模光纖環(huán)形激光器,采用集成級(jí)聯(lián)采樣光纖光柵進(jìn)入激光腔形成穩(wěn)定的多種波長(zhǎng)激光的方法,進(jìn)行了理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明,雙環(huán)形腔結(jié)構(gòu)對(duì)于所有波長(zhǎng)激光,其腔長(zhǎng)度是一致的,從而可以用相同的鎖模信號(hào)實(shí)現(xiàn)所有波長(zhǎng)的同步鎖模。實(shí)驗(yàn)中光纖環(huán)形激光器成功實(shí)現(xiàn)了以1.6nm為間隔的波長(zhǎng)多達(dá)14個(gè);它的輸出功率大于0dbm,邊模抑制比約30db,最高模式鎖模頻率為1.05ghz,輸出脈沖序列的脈寬是216ps。這一結(jié)果對(duì)光纖傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)是有幫助的。

基于多模光纖(mmf)引入的偏振燒孔(phb)效應(yīng),研制了一種環(huán)形雙波長(zhǎng)摻鉺光纖(edf)激光器。單模光纖(smf)-mmf-smf組成的結(jié)構(gòu)使mmf不同偏振方向的反射模在波長(zhǎng)上分開,利用phb效應(yīng)實(shí)現(xiàn)雙波長(zhǎng)的輸出,輸出波長(zhǎng)間隔可通過(guò)改變mmf的長(zhǎng)度改變。實(shí)驗(yàn)對(duì)比了1.6m和3.0m長(zhǎng)的mmf輸出波譜特性,結(jié)果表明,通過(guò)增加mmf的長(zhǎng)度,不但可以使輸出波長(zhǎng)的波長(zhǎng)間隔變小,而且輸出功率也會(huì)有一定的提高。本文研制的激光器,通過(guò)phb效應(yīng)以及偏振相關(guān)隔離器(pdi)和偏振控制器(pc)的影響,在常溫下實(shí)現(xiàn)了消光比為55db、邊模抑制比為53db以及輸出功率為-2dbm的兩個(gè)連續(xù)波長(zhǎng)的穩(wěn)定輸出。

本文介紹了一種新型的基于分布反饋光纖激光器(dfb-fl)的光纖水聽器系統(tǒng)。系統(tǒng)采用非平衡m-z光纖干涉儀的解調(diào)方法和相位補(bǔ)償?shù)牧悴顧z測(cè)方式。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,未封裝的dfb-fl對(duì)微弱的振動(dòng)信號(hào)非常靈敏,并且能獲得準(zhǔn)確的聲音信號(hào)。

光纖激光器的原理 光纖激光器原理 ? ?　　光纖激光器利用摻雜稀土元素的光纖研制成的光纖放大器給光波技術(shù) 領(lǐng)域帶來(lái)了革命性的變化。由于任何光放大器都可通過(guò)恰當(dāng)?shù)姆答仚C(jī)制形成 激光器，因此光纖激光器可在光纖放大器的基礎(chǔ)上開發(fā)。目前開發(fā)研制的光 纖激光器主要采用摻稀土元素的光纖作為增益介質(zhì)。由于光纖激光器中光纖 纖芯很細(xì)，在泵浦光的作用下光纖內(nèi)極易形成高功率密度，造成激光工作物 質(zhì)的激光能級(jí)“粒子數(shù)反轉(zhuǎn)”。因此，當(dāng)適當(dāng)加進(jìn)正反饋回路（構(gòu)成諧振腔） 便可形成激光振蕩。另外由于光纖基質(zhì)具有很寬的熒光譜，因此，光纖激光 器一般都可做成可調(diào)諧的，非常適合于wdm系統(tǒng)應(yīng)用。 ? ? ?　　和半導(dǎo)體激光器相比，光纖激光器的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在：光纖激光器 是波導(dǎo)式結(jié)構(gòu)，可容強(qiáng)泵浦，具有高增益、轉(zhuǎn)換效率高、閾值低、輸出光束 質(zhì)量好、線寬窄、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高等特性，易于實(shí)現(xiàn)和光纖的耦合。 ? ?　

對(duì)摻雜光纖作增益介質(zhì)的光纖激光器的研究始于20世紀(jì)60年代。而在20世紀(jì)80年代中期英國(guó)南安普頓大學(xué)摻餌(er3+)光纖的突破,使光纖激光器更具實(shí)用性,顯示出十分誘人的應(yīng)用前景。光纖激光器是當(dāng)今光電子技術(shù)研究領(lǐng)域中最前沿的研究課題之一。

光纖激光器的夏季保養(yǎng) 激光器是將電能轉(zhuǎn)換為光能的裝置，內(nèi)部構(gòu)成涉及光、機(jī)、電、 算等多個(gè)學(xué)科和領(lǐng)域。光纖激光器相對(duì)其它類型激光器，對(duì)環(huán)境要求 較低，但也必須保證使用環(huán)境符合要求，自身的防護(hù)措施能切實(shí)起到 防護(hù)作用。 夏季溫度高、空氣濕度大，是激光器故障高發(fā)的季節(jié)。統(tǒng)計(jì)顯示， 高功率激光器故障，多與用戶的操作順序、設(shè)備運(yùn)行環(huán)境相關(guān)，為防 止故障發(fā)生，減少故障時(shí)間及其帶來(lái)的損失，請(qǐng)注意如下三個(gè)方面。 一、保證機(jī)箱密封。 光纖激光器的機(jī)箱采用了封閉式設(shè)計(jì)，安裝有機(jī)箱空調(diào)或除濕器， 以保證機(jī)箱內(nèi)的各個(gè)元件處于相對(duì)穩(wěn)定安全的溫濕度環(huán)境下。 如果機(jī)箱沒有處于密閉狀態(tài)，則機(jī)箱外的高溫高濕的空氣就能進(jìn) 入機(jī)箱內(nèi)部，在遇到內(nèi)部通水冷卻的元件時(shí)，則在其表面遇冷凝結(jié)， 造成可能的損害。 二、進(jìn)行開機(jī)預(yù)熱。 激光器機(jī)箱不可能做到完全密閉，使用結(jié)束后斷電，機(jī)箱空調(diào)停 止運(yùn)轉(zhuǎn)，外部的濕熱空氣可以逐漸滲

摻y(tǒng)b光纖激光器輸出功率的繼續(xù)增長(zhǎng)會(huì)受到非線性效應(yīng)、光學(xué)損傷和熱損傷等因素的限制。文中報(bào)道了實(shí)現(xiàn)千瓦級(jí)功率輸出的包層泵浦摻y(tǒng)b光纖激光器。該激光器成功解決了以上限制因素,采用雙端泵浦技術(shù)和大模面積雙包層摻y(tǒng)b光纖,在1.08μm附近獲得了高功率連續(xù)激光輸出,輸出功率達(dá)1.2kw,光-光斜效率78.6%,達(dá)到目前國(guó)內(nèi)最高水平。

根據(jù)光纖激光器的特殊結(jié)構(gòu),提出了光纖激光器泵浦源的不同種類,并給出了選擇泵浦源的標(biāo)準(zhǔn),以及其對(duì)應(yīng)的效率。

光纖激光器通用算法研究及軟件實(shí)現(xiàn)

以兩臺(tái)808nm半導(dǎo)體激光器ld1和ld2為泵浦源,對(duì)光纖激光器雙端泵浦進(jìn)行了研究,獲得了6.5w的激光輸出。實(shí)驗(yàn)分別測(cè)出了ld1和ld2半導(dǎo)體激光器單端泵浦和雙端泵浦時(shí)的輸出功率,對(duì)雙端泵浦輸出功率與單端泵浦功率之和進(jìn)行了比較,利用雙端泵浦提高了泵浦效率和輸出激光功率。同時(shí)測(cè)量了輸出激光的偏振度,通過(guò)計(jì)算得到雙端泵浦輸出激光的偏振度為0.5。

本文對(duì)光纖激光器的現(xiàn)狀、發(fā)展和應(yīng)用進(jìn)行了綜述。光纖激光器從摻雜稀土元素發(fā)展到摻雜過(guò)渡族金屬元素;摻雜方法從單純化學(xué)氣相沉積(chemicalvapordeposition,cvd)發(fā)展到氣相、液相、溶膠-凝膠(sol-gel)和改進(jìn)的化學(xué)沉積(mcvd)等;光纖結(jié)構(gòu)從單包層、雙包層到今天的多芯雙包層光子晶體光纖;激光功率已經(jīng)到幾十千瓦,光子晶體光纖激光器的功率也已超過(guò)1.5kw。目前,它們廣泛應(yīng)用于造船、航天、機(jī)械、電器、汽車、化工等多個(gè)領(lǐng)域。新光纖技術(shù)的成功,必將推動(dòng)多種產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

采用四級(jí)主振蕩功率放大(mopa)結(jié)構(gòu),研制了高功率全光纖摻鐿皮秒光纖激光器。種子源采用基于非線性偏振旋轉(zhuǎn)(npr)效應(yīng)的被動(dòng)鎖模光纖激光器,中心波長(zhǎng)為1062.8nm,重復(fù)頻率為17.51mhz,譜線寬度為5nm,平均功率為7.14mw。為了抑制功率放大過(guò)程中的非線性效應(yīng),通過(guò)全光纖重復(fù)頻率擴(kuò)展器將種子脈沖激光的重復(fù)頻率提高到281.7mhz。主功率放大級(jí)以長(zhǎng)度為4.8m的大模場(chǎng)面積摻鐿雙包層光纖作為增益介質(zhì)。在抽運(yùn)功率為60w時(shí),獲得的最大平均輸出功率為31.2w,光光轉(zhuǎn)換效率為52%。輸出激光脈沖的中心波長(zhǎng)為1063.7nm,脈沖寬度為10.2ps,重復(fù)頻率為281.7mhz,譜線寬度為7nm,并對(duì)激光脈沖的時(shí)域和頻域特性進(jìn)行了分析。

報(bào)道了一臺(tái)適用于分布式光纖傳感的全光纖激光器。激光器基于主振蕩功率放大(mopa)技術(shù),種子光源為半導(dǎo)體激光器,放大器為摻鉺光纖放大器。實(shí)現(xiàn)了重復(fù)頻率和脈沖寬度分別獨(dú)立可調(diào)的激光輸出,中心波長(zhǎng)為1550nm,光譜的3db帶寬小于0.2nm,獲得的最高峰值功率為1.1kw,輸出的激光脈沖中放大自發(fā)輻射(ase)功率分?jǐn)?shù)的最大值低于10%。

研制了一種基于保偏(pm)光纖可飽和吸收體結(jié)合光纖光柵fabry-perot(fbgf-p)標(biāo)準(zhǔn)具的單頻窄線寬光纖激光器。該激光器以高增益摻er3+光纖(edf)作為增益介質(zhì),采用行波環(huán)形腔消除空間燒空效應(yīng),并結(jié)合fbgf-p標(biāo)準(zhǔn)具選模,實(shí)現(xiàn)激光器單頻運(yùn)轉(zhuǎn)。用一段pmedf作為可飽和吸收體抑制跳模,以獲得高效、穩(wěn)定的1550.65nm單頻激光輸出。在975nm單模泵浦激光抽運(yùn)下,當(dāng)抽運(yùn)光功率為148mw時(shí),獲得的最大信號(hào)光功率為46.3mw,相應(yīng)的光-光轉(zhuǎn)換效率為31.3%,斜率效率為32.6%,信噪比(snr)大于55db。使用40km單模光纖(smf)延遲線,根據(jù)延時(shí)自外差方法測(cè)量得到單頻激光器的3db光譜線寬約為2.5khz。

近年來(lái),隨著高亮度半導(dǎo)體抽運(yùn)源輸出功率的提高以及大模場(chǎng)面積雙包層摻銩光纖的出現(xiàn),連續(xù)摻銩光纖激光器輸出功率已經(jīng)達(dá)到了千瓦量級(jí),已廣泛應(yīng)用于激光醫(yī)療等領(lǐng)域,然而在激光雷達(dá)、中紅外非線性頻率轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域,迫切需要窄線寬輸出的單頻摻銩光纖激光器。最近,本課題組研制出了全光纖主振蕩功率放大(mopa)結(jié)構(gòu)的平均輸出功率為210w的單頻、單偏振連續(xù)

根據(jù)zbaln光纖拉曼激光器的結(jié)構(gòu),理論分析了中紅外zblan光纖級(jí)聯(lián)拉曼激光器運(yùn)行方式并建立了泵浦光和斯托克斯光的非線性耦合方程組。基于該方程組,對(duì)用高功率摻銩光纖激光器泵浦zblan光纖產(chǎn)生拉曼頻移時(shí)泵浦光和斯托克斯光在光纖中的演化過(guò)程進(jìn)行了仿真。為了提高激光器性能,對(duì)光纖長(zhǎng)度、輸出耦合器反射率、泵浦功率等激光器參數(shù)及其對(duì)激光器性能的影響進(jìn)行了數(shù)值分析。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明,用摻銩光纖激光器泵浦zblan光纖可以以較高的光光轉(zhuǎn)換效率產(chǎn)生更長(zhǎng)波長(zhǎng)的拉曼激光。不同的光纖長(zhǎng)度和輸出耦合器反射率相互影響,并共同影響激光器的性能。根據(jù)以上分析,最終獲得了高性能的zblan光纖拉曼激光器的優(yōu)化參數(shù)。

采用非線性光纖環(huán)形鏡加脈沖鎖模技術(shù)及可調(diào)諧光纖光柵濾波器,對(duì)8字形腔被動(dòng)鎖模摻鉺光纖激光器進(jìn)行了波長(zhǎng)可調(diào)諧輸出的實(shí)驗(yàn)研究.在edfa抽運(yùn)光功率一定的情況下,通過(guò)調(diào)節(jié)偏振控制器和可調(diào)諧光纖光柵濾波器,獲得了光譜穩(wěn)定、重復(fù)頻率1.1mhz、輸出功率起伏小于0.8dbm、中心波長(zhǎng)在1548～1570nm內(nèi)連續(xù)可調(diào)的短脈沖輸出.該激光器可實(shí)現(xiàn)自啟動(dòng)鎖模,且長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作無(wú)需任何調(diào)整.

因?yàn)槠骷詢r(jià)比高、可復(fù)用、遠(yuǎn)距離探測(cè),抗電磁輻射等優(yōu)勢(shì),基于內(nèi)腔光纖激光器的氣體光譜檢測(cè)方法受到了廣泛的關(guān)注。通過(guò)精心設(shè)計(jì)氣室和反射鏡,建立了內(nèi)腔光纖激光器氣體檢測(cè)系統(tǒng)。在鋸齒波電壓驅(qū)動(dòng)下,f-p可調(diào)諧濾波器連續(xù)調(diào)諧,實(shí)現(xiàn)了波長(zhǎng)掃描,可獲得多條氣體吸收譜線,一次掃描相當(dāng)于多次測(cè)量,極大的提高了測(cè)量靈敏度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,檢測(cè)誤差可控制在100ppm內(nèi),相對(duì)誤差小于實(shí)際氣體濃度的3%。

Liekki公司推出摻鐿光纖激光器光路模塊