介绍一种高功率光纤激光器

近年来，为了提高激光器的输出功率，减少体积，增强工作稳定必画际上发展了一种以双包层光纤为工作介质的激光器，这种双包层光纤激光器采用包层泵浦原理，使注入内包层的泵浦光在内包层中传播，反复穿越纤芯被纤芯掺杂介质吸收，从而使纤芯中传播的光的比例增加，大大提高了输出功率，如此优越的性能使双包层光纤激光器在激光器领域中占有重要的地位，在比较了激光器的常用类型后，阐述了双包层光纤激光器的结构及工作原理，并对其国内，外的发展现状及应用前景作了介绍。     

光纤激光器的发展与应用

本文对光纤激光器的现状、发展和应用进行了综述。光纤激光器从掺杂稀土元素发展到掺杂过渡族金属元素;掺杂方法从单纯化学气相沉积(Chemical VaporDeposition,CVD)发展到气相、液相、溶胶-凝胶(sol-gel)和改进的化学沉积(MCVD)等;光纤结构从单包层、双包层到今天的多芯双包层光子晶体光纤;激光功率已经到几十千瓦,光子晶体光纤激光器的功率也已超过1.5 kW。目前,它们广泛应用于造船、航天、机械、电器、汽车、化工等多个领域。新光纤技术的成功,必将推动多种产业的快速发展。     

高功率光纤激光器研究

在讨论高功率光纤激光器工作原理的基础上，分析了高功率光纤激光器的关键技术及其实现方法，概括性评述了高功率光纤激光器研究的最新进展。指出高功率光纤激光器的关键技术主要是包层泵浦技术、光纤融和技术以及谐振腔制备技术；研制矩形或梅花形等内包层结构的双包层增益光纤，采用并行侧向泵浦技术，制备复合型的光纤光栅谐振腔是解决上述关键技术的有效手段。另外，发展新结构的高功率光纤激光器是进一步提高光纤激光器输出功率，改善其性能的必然趋势。     

新型全光纤结构高功率双包层光纤激光器

通过对高功率双包层光纤激光器工作原理及其输出特性的分析,利用半导体激光器光纤模块作为泵浦源,采用星型双包层掺镱光纤与光纤光栅连接制作出全光纤结构的光纤激光器,获得了6.02 W单模连续输出功率,中心波长1 100 nm,斜效率1.7 W/A。     

大脉冲能量单层CVD石墨烯被动调Q掺镱双包层光纤激光器

基于单层化学气相沉积(CVD)石墨烯可饱和吸收体的大脉冲能量被动调Q双包层光纤激光器.采用三明治结构,将CVD法生长的单层石墨烯通过聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)从铜箔上转移到光纤端面,制备成PMMA/石墨烯调Q器.采用全光纤线性腔结构,掺镱双包层光纤和PMMA/单层石墨烯分别作为增益介质和被动调Q器件,大功率975nm半导体激光器作为泵浦源,大比例(95%)功率耦合输出,成功实现了中心波长为1 063.6nm大脉冲能量的稳定调Q光纤激光器.调Q脉冲序列重复频率在9.7~26.46kHz连续可调,当泵浦功率为756.1mW时,最大输出功率为46mW,最小脉宽为4.5μs,并且获得的最大单脉冲能量为1.7μJ.实验结果表明,单层CVD石墨烯性能优异,将有望在双包层光纤激光器中实现更大平均功率、单脉冲能量的激光输出.     

掺镱(Yb3+)双包层光纤激光器实验研究

光纤激光器具有转换效率高、光束质量好、散热方便、结构紧凑等优点,是高功率激光器领域的研究热点。本文设计了温控、水冷系统使半导体激光二极管泵浦源稳定在工作波长。通过设计的包层泵浦功率剥除器,有效地剥离了未被掺镱(Yb3+)双包层光纤吸收的泵浦光。采用20 W的半导体二极管激光器作为泵浦源,5 m长掺镱(Yb3+)双包层光纤作为增益介质,光纤光栅作为腔镜,在泵浦功率为19 W时,获得10.42 W的激光输出,激光波长1 062 nm,光-光转换效率约54.8%。     

LD泵浦的掺Nd双包层光纤激光器

本文对LD泵浦掺Nd双包层光纤激光器进行了实验研究.在现有的泵浦功率下,得到了超过1.2W 的连续激光输出,斜率效率为18.6％,并对光纤激光器的光谱特性和时域特性进行了初步的分析.     

全光纤掺Yb3+光纤光栅激光器及其输出特性

采用光纤光栅作为光纤激光器的谐振腔, 利用中心波长为970 nm的半导体激光器（LD）作为抽运源. 对准圆形内包层的掺Yb³⁺双包层光纤进行泵浦, 其抽运功率为11.8 W, 实现了7.5 W的单模激光输出, 输出波长为1 080 nm, 斜效率63.5%.     

掺镱（Yb3＋）双包层光纤激光器实验研究

光纤激光器具有转换效率高、光束质量好、散热方便、结构紧凑等优点,是高功率激光器领域的研究热点。本文设计了温控、水冷系统使半导体激光二极管泵浦源稳定在工作波长。通过设计的包层泵浦功率剥除器,有效地剥离了未被掺镱（Yb3＋）双包层光纤吸收的泵浦光。采用20w的半导体二极管激光器作为泵浦源,5m长掺镱（Yb3＋）双包层光纤作为增益介质,光纤光栅作为腔镜,在泵浦功率为19w时,获得10．42W的激光输出,激光波长1062nm,光一光转换效率约54．8％。     

掺Yb^3＋双包层光纤激光器

研究了掺Yb^3 双包层光纤激光器,测量了掺Yb^3 双包层光纤的荧光光谱特性和激光光谱特性,实验表明,中心波长为1.078μm的激光输出,最大输出功率为233mW,斜率效率为79.6%,光－光转换效率为30.2%。     

高功率双包层光纤激光器温度分布的数值分析

对高功率光纤激光器热效应问题进行了理论研究,在分析热效应产生原因的基础上,建立了一套双包层光纤激光器稳态温度分布模型,数值模拟了光纤轴向和径向的温度分布,得出了不同的光纤长度、截面半径和制冷条件下光纤端面中心温度随激光输出功率的变化关系.结果表明,单根光纤在输出千瓦级激光情况下对光纤端面附近区域沿轴向制冷将显著降低热效应的影响.     

SBS调Q双包层光纤激光器

报道了包层泵浦调Q光纤激光器的实验研究。采用连续光泵浦方式,在激光谐振腔中,利用多模硅光纤中的非线性效应-受激Brillouin散射(SBS)进行自调Q,得到了纳秒量级的脉冲输出;改用脉冲光泵浦方式,实现了重复频率连续可调,稳定的纳秒量级光脉冲输出,脉宽(FWHM)小于2ns,峰值功率大于8kw。     

光纤耦合技术在红外激光照明器上的应用

光纤耦合技术可以把LD半导体技术和双包层光纤掺杂技术有机地结合起来,吸收二者的优势,实现高功率、高亮度、衍射受限的激光输出。主要研究了光纤耦合技术在红外激光照明器上的应用,实现了对照明效果的影响。实验结果表明光纤耦合技术可以显著改善光斑的均匀性,大幅度提高输出的光功率。     

掺镱光纤激光器时域特性的研究

利用光纤的非线性效应－受激布里渊散射（SBS）和二色镜的选频利用,以国产的激光二极管作泵浦源,在掺镱光纤激光器中得到了稳定的自调Q光脉冲输出,脉冲重复频率为29．4MHz,脉冲光宽度约为2ns。     

Spectrum characteristics and pump wavelengths of Nd3+-doped double-clad fiber

Conclusion The optimum wavelength of Nd³⁺-doped double-clad fiber laser or amplifier made in China is near 830 nm. The efficiency of Nd³⁺-doped double-clad fiber devices pumped by 820-nm laser is low due to ESA. In order to increase the photochemical stability of the outer cladding, the material of the outer cladding must be advanced.     

双包层型光导纤维中光功率的分布

研究了涂层作为内包层,环境作为外包层并具有两种不同的折射率分布所构成的双包层阶跃型光纤的光功率分布。在弱波层近似下给出了特征方程及光功率的表达式。通过计算机模拟与分析得出的结果表明纤芯表面上所担载的涂层厚度对光功率的分布有着明显影响,且呈现出周期性变化。不同条件下,具有不同的周期和变化规律,此结果对该类双包层光纤传感器以及光纤担载型的光催化反应系统的设计提供了理论依据。     

双包层Er^3＋／Yb^3＋共掺光纤放大器系统结构设计及其性能分析

基于光传输方程,数值分析了所设计的双包层Er^3＋／Yb^3＋共掺光纤放大器系统结构在980nm泵浦下,输出信号功率和噪声特性;讨论了它们随输入信号功率、输入信号波长、泵浦信号波长和光纤包层面积的关系。结果表明,该系统结构在输入信号小于-30dBm,激活光纤长度为4m时,输出信号功率超过10dBm,增益高于35dB,噪声系数受光纤内包层与纤芯面积之比影响较大,且小于3．5dB．