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光纤放大器中实现714W可见光至近红外超连续谱激光输出

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中国激光 2022年第9期49卷 204-205页

作者：江丽宋锐何九如侯静国防科技大学前沿交叉学科学院湖南长沙410073

超连续谱激光具有宽光谱和高亮度的特性,被广泛应用于光学相干断层扫描、生物光学、光谱检测等领域。目前,产生可见光至近红外波段超连续谱的常用方案是利用脉冲光纤激光器泵浦光子晶体光纤。利用该方案,2018年,中国工程物理研究院报道... 详细信息

超连续谱激光具有宽光谱和高亮度的特性,被广泛应用于光学相干断层扫描、生物光学、光谱检测等领域。目前,产生可见光至近红外波段超连续谱的常用方案是利用脉冲光纤激光器泵浦光子晶体光纤。利用该方案,2018年,中国工程物理研究院报道了563 W的高功率超连续谱激光,输出光谱范围为665~1750nm。在该方案中,高功率皮秒脉冲光纤激光器输出尾纤(纤芯直径约为20μm)与光子晶体光纤(纤芯直径约为5μm)之间较大的模场失配以及光子晶体光纤较小的纤芯直径是制约输出超连续谱功率提升的主要原因。

关键词：光子晶体光纤纤芯直径光纤放大器超连续谱激光输出光谱生物光学尾纤功率提升

基于自研高掺Yb大模场磷酸盐光纤的脉冲激光放大

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中国激光 2023年第10期50卷 249-250页

作者：孙焰冯素雅王欣王璠王亚飞阳求柏陈树彬于春雷廖梅松胡丽丽中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光单元技术实验室上海201800 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室上海201800 中国科学院大学杭州高等研究院浙江杭州310024

大能量、高峰值功率超短脉冲激光在远距离激光雷达、地震探测、主动照明等领域中具有重要的应用价值。主振荡脉冲放大(MOPA)是超短脉冲激光的主要运行方式,其中有源增益光纤是关键核心部件。目前,传统有源石英光纤存在稀土离子溶解度有... 详细信息

大能量、高峰值功率超短脉冲激光在远距离激光雷达、地震探测、主动照明等领域中具有重要的应用价值。主振荡脉冲放大(MOPA)是超短脉冲激光的主要运行方式,其中有源增益光纤是关键核心部件。目前,传统有源石英光纤存在稀土离子溶解度有限、难以保证低数值孔径(NA)纤芯制备的均匀性等问题,导致其使用长度较长(数m),纤芯直径通常小于40μm,具有较低的非线性阈值,进而限制了其输出的脉冲能量。相比之下,多组分氧化物玻璃具有稀土掺杂浓度高、光学均匀性好等优势,能够获得模场面积大、吸收系数高的大模场增益光纤,从而大幅提升大能量脉冲放大的非线性阈值(相同条件下比石英光纤高10倍以上)。2018年,美国AdValue Photonics公司研制的大模场Er/Yb共掺硅酸盐光纤实现了45μm的大芯径以及1.5μm波段1.8 mJ能量的脉冲放大输出。

关键词：超短脉冲激光脉冲放大石英光纤非线性阈值纤芯直径高峰值功率大模场数值孔径

光纤SPR传感器参数对折射率测量灵敏度的影响

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激光技术 2023年第3期47卷 329-334页

作者：陈强华丁锦红韩文远周胜关裕吕洪波孙启国北方工业大学机械与材料工程学院北京100144

为了研究光纤表面等离子体共振(SPR)传感器参数对折射率测量灵敏度的影响,采用双频激光外差干涉相位测量光路结合光纤型SPR传感器进行了折射率测量,并对光纤SPR传感器不同纤芯直径对传感器灵敏度影响进行了分析。在光纤SPR传感器适应的... 详细信息

为了研究光纤表面等离子体共振(SPR)传感器参数对折射率测量灵敏度的影响,采用双频激光外差干涉相位测量光路结合光纤型SPR传感器进行了折射率测量,并对光纤SPR传感器不同纤芯直径对传感器灵敏度影响进行了分析。在光纤SPR传感器适应的折射率范围内,分别使用纤芯直径为300μm的光纤和400μm的光纤,测量不同质量分数下的甘油、蔗糖、氯化钠溶液的相位差,并计算对应折射率;分析了在传感器适用的折射率范围内,各溶液质量分数与折射率之间的关系,并对理论结果进行了实验验证。结果表明,纤芯直径越小,传感器灵敏度越高,灵敏度可达10-5量级;密度越高,测量中的稳定性越高,最大相位差标准差为0.145°;分子量越大,精度越高,蔗糖的测量计算值与阿贝折射仪标定值之间的差值最大为0.52×10^(-4)。该研究为光纤SPR传感技术的进一步研究及应用提供了较好基础。

关键词：传感器技术纤芯直径折射率测量分子量质量分数

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多模光纤中的模变换效应

天津大学学报 1984年第2期 61-70页

作者：王延恒天津大学电子工程系

本文在对多模光纤中的模变换效应进行定量分析的基础上,介绍了多模光纤传输线脉冲展宽均方根值的计算公式,并根据模变换改善光纤传输色散特性的效应,提出并介绍了几种光纤传输线脉冲展宽的补偿方法:予应力法,纤芯直径呈正弦形的人为不... 详细信息

本文在对多模光纤中的模变换效应进行定量分析的基础上,介绍了多模光纤传输线脉冲展宽均方根值的计算公式,并根据模变换改善光纤传输色散特性的效应,提出并介绍了几种光纤传输线脉冲展宽的补偿方法:予应力法,纤芯直径呈正弦形的人为不均匀法,以及光学均衡法和模变换器法。

关键词：多模光纤脉冲展宽纤芯直径光纤色散色散特性折射率分布均方根值脉冲响应包层归一化频率

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单模-多模-单模光纤结构的温度特性研究

光电子．激光 2018年第9期29卷 925-932页

作者：张荣香张建飞赵亚军李红莲刘涛河北大学物理科学与技术学院河北省光电信息材料重点实验室河北保定071002 河北大学质量技术监督学院河北保定071002 华北电力大学电子与通信工程系河北保定071003

为提高基于单模-多模-单模(SMS)光纤结构的温度传感器的温度灵敏性和非温度传感器的温度稳定性提供科学依据,从而增强它们的实用性,研究了热光效应和热膨胀效应引起的SMS光纤结构的温度特性。通过分析SMS光纤结构的模式干涉原理和确定SM... 详细信息

为提高基于单模-多模-单模(SMS)光纤结构的温度传感器的温度灵敏性和非温度传感器的温度稳定性提供科学依据,从而增强它们的实用性,研究了热光效应和热膨胀效应引起的SMS光纤结构的温度特性。通过分析SMS光纤结构的模式干涉原理和确定SMS光纤结构中受温度影响的参数及其与温度之间的关系,建立了分析普通多模光纤构成的SMS光纤结构温度特性的理论模型。进一步利用此模型分析了不同多模光纤纤芯直径下,多模光纤包层和纤芯的热光效应,以及多模光纤纤芯直径和长度的热膨胀效应对SMS光纤结构温度特性的影响。结果表明,多模光纤包层和纤芯的热光效应是影响SMS光纤结构温度特性的第一和第二因素,并且两种效应下的温度灵敏度均随多模光纤纤芯直径的减小而增大,但变化方向相反;而多模光纤的热膨胀效应对SMS光纤结构的温度特性影响很小,可以忽略;各热效应同时作用下,多模光纤纤芯直径对温度灵敏度基本没有影响,灵敏度约为12.5pm/℃。

关键词：单模-多模-单模光纤结构温度特性热光效应热膨胀效应纤芯直径

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聚焦高端制造需求打造超快激光装备中国芯

科技成果管理与研究 2023年第6期18卷 F0002-F0002,I0001页

作者：李峰赵华龙王屹山赵卫中国科学院西安光学精密机械研究所陕西西安710119

高功率大能量超快激光是航空航天精密加工装备的核心光源,也是打破国际禁运,实现高端飞秒精密加工装备自主可控的关键,对满足国家重大战略需求具有重要意义.光纤激光器在高功率激光放大方面具有诸多的优势,在高功率激光放大过程中,光纤... 详细信息

高功率大能量超快激光是航空航天精密加工装备的核心光源,也是打破国际禁运,实现高端飞秒精密加工装备自主可控的关键,对满足国家重大战略需求具有重要意义.光纤激光器在高功率激光放大方面具有诸多的优势,在高功率激光放大过程中,光纤大的表面体积比以及波导传播特性可以有效地保证优异的光束质量输出,同时,光纤自身的紧凑性和可靠性进一步降低了工程化集成的难度.然而,由于增益光纤的纤芯直径较小,光纤内部的峰值功率较高,因而会导致非线性效应增加,产生自相位调制、受激拉曼散射等非线性效应,给光纤内单脉冲能量的提升带来了巨大的挑战.

关键词：高功率激光非线性效应受激拉曼散射超快激光自相位调制光纤激光器纤芯直径光束质量

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微结构光纤光栅谐振峰的分析

激光与红外 2006年第5期36卷 369-373页

作者：刘建国开桂云薛力芳张春书王志李燕孙婷婷刘艳格董孝义南开大学现代光学研究所天津300071

利用光束传播法对微结构光纤布拉格光栅谐振特性进行了模拟研究。验证了微结构光纤光栅的多谐振峰结构,并且谐振峰数量取决于内包层直径;定量地研究了微结构光纤光栅掺锗纤芯尺寸对整体反射率、各谐振峰强度和谐振波长漂移的影响,从而... 详细信息

利用光束传播法对微结构光纤布拉格光栅谐振特性进行了模拟研究。验证了微结构光纤光栅的多谐振峰结构,并且谐振峰数量取决于内包层直径;定量地研究了微结构光纤光栅掺锗纤芯尺寸对整体反射率、各谐振峰强度和谐振波长漂移的影响,从而为设计光敏微结构光纤提供参考依据;提出当这种光栅产生合适的线性啁啾时,可获得宽带可调谐光谱,三角形微结构光纤光栅啁啾系数等于0.0012时可产生接近15nm的3dB宽带光谱。

关键词：微结构光纤光栅谐振模纤芯直径啁啾

大功率Er-Yb共掺双包层光纤放大器的研究制

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大功率Er-Yb共掺双包层光纤放大器的研究制

作者：赵晓吉华中科技大学

学位级别：硕士

掺饵光纤放大器(EDFA)具有噪声低、增益高、带宽大、抽运效率高和工作性能稳定等优点,广泛地应用于各种光通信系统特别是波分复用(WDM)系统中。但随着WDM系统传输信道的不断增加,传输码速的不断提高和传输距离的不断增加。当EDFA在WDM... 详细信息

掺饵光纤放大器(EDFA)具有噪声低、增益高、带宽大、抽运效率高和工作性能稳定等优点,广泛地应用于各种光通信系统特别是波分复用(WDM)系统中。但随着WDM系统传输信道的不断增加,传输码速的不断提高和传输距离的不断增加。当EDFA在WDM系统中用作级联放大时,EDFA增益谱的不平坦会逐渐累积放大,严重影响系统性能,因此要求WDM系统中的EDFA具有恒定且的增益、很宽的动态范围、平坦的动态增益谱。Er 3 + Yb3+共掺双包层光纤放大器是对EDFA的一种改进,它把Er 3 + Yb3+共掺双包层光纤作为增益介质代替EDFA的掺铒光纤,同时由于它的内包层直径较大,因此可采用多模激光器进行抽运,采用嵌入反射镜式侧向耦合方式,不仅能在较短的光纤得到很大的输出光功率,同时也可以对几根光纤同时进行抽运,得到放大的输出信号。本文第一章首先简要的回顾了光纤放大器的发展历史,介绍了光纤放大器的类型、通信系统中光纤放大器的发展方向以及它的最新进展;第二章介绍了双包层的结构,内包层结构的优化,光纤参数的理论计算和构成光纤的材料以及掺Yb做为敏化剂的作用;第三章主要介绍了目前常用的几种包层抽运耦合方式,并对耦合效率和最佳耦合方式进行了理论分析;第四章介绍了共掺双包层光纤放大器的结构,以及它所需器件和选取器件的原则。对Er 3 + Yb3+进行能级分析得到了Er 3 + Yb3+离子速率方程和动态光功率的传输方程,并根据以上几章的分析对共掺双包层光纤放大器进行优化设计得出结论。本文着重研究了采用侧向嵌入反射镜式抽运耦合方式时,信号光在Er-Yb共掺双包层光纤中的放大特性,输入抽运功率为4W,信号功率为100mW时,获得了约1.7W的放大的光信号输出。

关键词：双包层光纤 Er3+/Yb3+共掺耦合效率速率方程纤芯直径数值孔径

Er～（3+）/Yb～（3+）共掺包层泵浦光纤激光器和放大器的理论和实验研究

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Er～（3+）/Yb～（3+）共掺包层泵浦光纤激光器和放大器的理论和...

作者：郑瑶雷中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所）

学位级别：硕士

随着激光二极管泵浦技术以及光纤制造工艺的进展，适合多种不同应用目的的光纤激光器缤呈异彩地涌现于世。其应用领域也已从目前最为成熟的光纤通讯网络方面迅速地向其他更为广阔的激光应用领域扩展。由于1.5μm波段的大功率脉冲在通讯... 详细信息

随着激光二极管泵浦技术以及光纤制造工艺的进展，适合多种不同应用目的的光纤激光器缤呈异彩地涌现于世。其应用领域也已从目前最为成熟的光纤通讯网络方面迅速地向其他更为广阔的激光应用领域扩展。由于1.5μm波段的大功率脉冲在通讯、医学、工业加工、生物学等领域的重大应用价值，而备受人们的关注。在国内我们已经首先研制成功了全光纤飞秒激光器，但平均输出功率只有几十毫瓦，包层泵浦技术的成熟，无疑给其进一步放大功率提供了技术保障。本论文理论分析了光纤的内包层形状对泵浦光吸收效率的影响、掺杂稀土元素及其基质的物理化学特性和光纤中的非线性光学效应。理论计算了双包层掺杂光纤特性参数(纤芯的稀土掺杂浓度、限制因子、吸收截面和发射截面)。带尾纤输出的大功率半导体激光器具有成本低、易操作、输出功率大等优点成为光纤激光器泵浦源的首选。但尾纤输出的光束发散角比较大，尾纤直径也达到几百微米，这对泵浦效率的提高极为不利，因此，对激光光束的传输和聚集的研究是本文工作的关键。本论文在实验的基础上近似得出尾纤输出端的光强分布。接着根据输入输出光纤的纤芯直径和数值孔径的不同，分四种情况分析了两光纤之间的耦合效率，着重分析了第四种情形，给出耦合效率的数值模拟曲线，在数值计算中用到了上面得出的输出光纤端口的光强分布，最后实验验证以上的分析。本论文中对双包层光纤放大器的结构进行了设计，采用二级放大，在放大前，先用色散光纤对飞秒脉冲种子源进行色散展宽，脉冲通过掺杂光纤放大后，最后通过啁啾布拉格光纤光栅进行色散补偿。根据实验相关参数，对脉冲的展宽和压缩的实验设计的可行性进行了数值计算。本论文着重研究了采用一级放大时，信号光在双包层光纤中的放大特性，截取50cm的光纤，在输入泵浦光功率为2.5W，信号光功率为10.8mW时，获得了170mW的放大信号光输出，增益为12.2dB。讨论了自发辐射产生的振荡光对信号光增益的影响。《Er:，+/Yb:t+共掺包层泵浦光纤激光器和放人器的理论与实验研究》对Er3勺Yb3+共掺双包层光纤激光器及放大器进行了理论分析和实验研究。用困。公司拉制的E尸+/ Yb3+共掺双包层光纤，泵浦源的波长为977nm，最大输出功率为2.46W，实际祸合到双包层光纤中的最大功率为1 .33W。得到输出激光的波长为1537lun，最大输出功率312mw，斜率效率为31.8%。

关键词：双包层光纤 Er3+/Yb3+共掺耦合效率斜率效率速率方程纤芯直径数值孔径