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铋铒共掺光纤实现C+L+U波段超宽带放大

中国激光 2024年第14期51卷 210-216页

作者：刘少坤褚应波戴能利李进延华中科技大学武汉光电国家研究中心湖北武汉430074

传统掺铒(Er)光纤放大器的增益带宽已无法满足日益增长的通信带宽需求。为了对现有通信系统进行升级扩容,迫切需要开发出可实现多波段同时放大的光纤放大器。然而,国内尚未成功研制出能够实现多波段同时放大的增益光纤。基于改进的化学... 详细信息

传统掺铒(Er)光纤放大器的增益带宽已无法满足日益增长的通信带宽需求。为了对现有通信系统进行升级扩容,迫切需要开发出可实现多波段同时放大的光纤放大器。然而,国内尚未成功研制出能够实现多波段同时放大的增益光纤。基于改进的化学气相沉积技术,成功制备了可实现C+L+U波段同时放大的铋(Bi)铒共掺光纤,通过比较不同Bi、Er掺杂浓度对增益谱的影响,分析了其影响机制。讨论了不同泵浦方式(前向泵浦、后向泵浦和双向泵浦)和不同泵浦波长(1460 nm和1480 nm)对增益谱的影响。结果显示,基于双向泵浦结构,当输入信号功率为-25 dBm时,采用自制铋铒共掺光纤搭建的放大器在1530~1670 nm范围内实现了11.8 dB以上的增益,噪声指数为6.3 dB~9.3 dB。

关键词：铋铒共掺光纤改进的化学气相沉积 C+L+U波段放大器

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用于U波段高效放大的高锗掺铋光纤

中国激光 2024年第6期51卷 189-194页

作者：刘少坤殷晓科何乐褚应波戴能利李进延华中科技大学武汉光电国家研究中心湖北武汉430074

掺铋(Bi)光纤由于其超宽带近红外发光性能引起了广泛关注,然而实现U波段高效放大的高锗(Ge)掺铋光纤在国内依然尚未研制成功,这是因为在掺铋光纤中实现高掺锗是一项极具挑战的工艺难点,同时如何实现Bi向Ge相关铋活性中心高效转化也是一... 详细信息

掺铋(Bi)光纤由于其超宽带近红外发光性能引起了广泛关注,然而实现U波段高效放大的高锗(Ge)掺铋光纤在国内依然尚未研制成功,这是因为在掺铋光纤中实现高掺锗是一项极具挑战的工艺难点,同时如何实现Bi向Ge相关铋活性中心高效转化也是一个难题。基于改进的化学气相沉积技术,制备了一种纤芯GeO2摩尔分数约为42%的高锗掺铋光纤。其吸收测试结果显示,在1650 nm处出现明显的Ge相关铋活性中心的吸收峰。通过单级放大系统表征了其放大性能,在1670 nm处实现了26.3 dB的最高增益,增益效率达0.165 dB/mW。

关键词：光纤光学高锗掺铋光纤改进的化学气相沉积 U波段放大

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磷硅酸盐掺铋光纤实现O+E波段放大

中国激光 2024年第2期51卷 106-110页

作者：殷晓科何乐刘少坤褚应波戴能利李进延华中科技大学武汉光电国家研究中心湖北武汉430074

由于数据流量需求的逐年增加,现有光纤放大器的传输带宽已很难应对光纤通信系统的容量危机,实现扩展波段的光放大被认为是一种解决容量危机的有效方案。不同基质的掺铋光纤的发光范围可以覆盖大部分的传输窗口,因此具有重要的研究意义... 详细信息

由于数据流量需求的逐年增加,现有光纤放大器的传输带宽已很难应对光纤通信系统的容量危机,实现扩展波段的光放大被认为是一种解决容量危机的有效方案。不同基质的掺铋光纤的发光范围可以覆盖大部分的传输窗口,因此具有重要的研究意义和广阔的应用前景。报道了一种基于改进的化学气相沉积技术制备的磷硅酸盐掺铋光纤,并测试了其基本参数及放大性能。该掺铋光纤在1550 nm处的背景损耗为21 dB/km,在1240 nm处的吸收系数达0.58 dB/m,非饱和损耗占比为13.6%。通过搭建单级前向泵浦结构测试了该掺铋光纤的放大性能,当输入信号功率为-15 dBm时,采用泵浦功率为460 mW的1240 nm半导体激光器进行泵浦,将光纤长度优化至140 m,实现了O+E波段(1270~1480 nm)的净增益,并在1340 nm处得到了最大增益(21.2 dB),其3 dB带宽约为55 nm(1310~1365 nm)。

关键词：光纤光学掺铋光纤宽带放大 O波段 E波段

百兆赫兹重频的轨道角动量模式飞秒光纤激光器

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物理学报 2024年第1期73卷 181-192页

作者：吴航陈燎李帅杜禺璠张驰张新亮华中科技大学光学与电子信息学院武汉光电国家研究中心武汉430074

轨道角动量(orbital angular momentum,OAM)模式激光器在大容量通信系统、激光加工、微粒子操作、量子光学领域研究有潜在应用价值.OAM模式飞秒光纤激光器具有结构简单、成本低、峰值功率高等优势而被重点研究.当前OAM模式飞秒光纤激光... 详细信息

轨道角动量(orbital angular momentum,OAM)模式激光器在大容量通信系统、激光加工、微粒子操作、量子光学领域研究有潜在应用价值.OAM模式飞秒光纤激光器具有结构简单、成本低、峰值功率高等优势而被重点研究.当前OAM模式飞秒光纤激光器在重复频率、脉冲宽度、光谱宽度等关键参数上分别都有突破,但性能难以兼得,且重复频率目前在数十MHz.本文基于模式相位匹配原理,制作了大带宽的模式耦合器,结合非线性偏振旋转锁模机理,通过优化腔内的色散,搭建了百兆赫兹重复频率的OAM模式飞秒光纤激光器.实验结果表明,一阶OAM模式光纤激光器的重复频率可达113.6 MHz,脉冲半高全宽98 fs,10 d B带宽可达101 nm;二阶OAM模式光纤激光器的重复频率可达114.9 MHz,脉冲半高全宽60 fs,10 d B带宽可达100 nm.相对于已报道的方案,本文报道的方案在重复频率、脉宽和光谱宽度等关键参数上综合性能较好,有望更广泛地应用于OAM通信、粒子操控等研究领域.

关键词：光纤锁模激光器轨道角动量模式耦合器

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高重复频率、高功率高次谐波极紫外光源进展及应用

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中国激光 2024年第7期51卷 3-21页

作者：魏子娟高熙泽孟翔宇李政言张庆斌兰鹏飞陆培祥华中科技大学光学与电子信息学院湖北武汉430074 华中科技大学物理学院湖北武汉430074 华中科技大学武汉光电国家研究中心湖北武汉430074 湖北光谷实验室湖北武汉430074

超短超强激光脉冲驱动的高次谐波是一种极紫外到软X射线波段的光源,具有指向性好、时空相干性高、亮度高等优点。高次谐波不但是在阿秒时间尺度上研究电子动力学的基础,而且其各类技术优点也使之成为一种有效的桌面型极紫外相干光源,在... 详细信息

超短超强激光脉冲驱动的高次谐波是一种极紫外到软X射线波段的光源,具有指向性好、时空相干性高、亮度高等优点。高次谐波不但是在阿秒时间尺度上研究电子动力学的基础,而且其各类技术优点也使之成为一种有效的桌面型极紫外相干光源,在集成电路制造在线检测、材料科学、生物医药等领域中具有广泛应用。然而,受限于传统钛蓝宝石固体飞秒激光的平均功率和高次谐波传播过程中的转换效率,目前高次谐波极紫外光源的平均功率亟待提高。介绍了高重复频率、高平均功率高次谐波极紫外光源的产生方式及其应用。首先介绍了光纤、固体、啁啾光学参量放大器等新型高重复频率、高平均功率飞秒激光驱动源在高次谐波产生方面的研究进展,之后讨论了激光高次谐波在弱电离气体介质中的宏观传播效应和相位匹配条件。在此基础上,介绍了高平均功率高次谐波极紫外光源在成像检测方面的应用。

关键词：非线性光学高次谐波极紫外光源飞秒激光器极紫外成像检测

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光束质量对铝合金激光焊接效率与良率的影响

中国激光 2024年第12期51卷 3-11页

作者：张帅刘同争徐志宏代小光朱朝晖高明郭少锋湖南大科激光有限公司湖南湘阴414615 华中科技大学武汉光电国家研究中心湖北武汉430074

为了满足当前新能源动力电池高速生产线极限制造的需求,基于激光焊接过程中的能量分布特征,系统分析了铝合金激光焊接中光纤激光器的光束质量效应,研究了光束质量与焊接稳定性和焊接效率之间的定量关系。随着激光器光束质量因子(M^(2))... 详细信息

为了满足当前新能源动力电池高速生产线极限制造的需求,基于激光焊接过程中的能量分布特征,系统分析了铝合金激光焊接中光纤激光器的光束质量效应,研究了光束质量与焊接稳定性和焊接效率之间的定量关系。随着激光器光束质量因子(M^(2))的减小,焊缝熔深为2.7 mm时焊接速度呈增大趋势,焊接熔深的工序能力指数(CPK)值也呈增大趋势;当M^(2)从11.60减小到1.25时,焊缝熔深为2.7 mm时激光器的焊接速度增加了5.5倍,焊接熔深CPK值提升了2.3倍。基于激光能量分布特征的分析结果,激光器光束质量效应的提升机制为:在保持相同熔深的条件下,M^(2)越小,能量密度极大值越大,且焊道边缘与中间区域之间的能量密度极值差越大,工件材料的能量吸收效率会越高,则激光器的焊接效率越高。提出将激光器能量密度极大值和能量密度极值差这两者的乘积作为激光器能量密度焊接效率影响因子,由理论计算可知,M^(2)为1.18时的激光器能量密度焊接效率影响因子比M^(2)为11.6时的增加了5.2倍,与实验结果基本一致。

关键词：激光技术激光焊接光束质量能量分布铝合金

Q235钢扫描激光热丝焊接工艺特性与组织性能研究

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中国激光 2024年第12期51卷 50-58页

作者：于宸乾任刚黄映杰高明华中科技大学武汉光电国家研究中心湖北武汉430074 九江中科激光技术研究院江西九江332005

以Q235低碳钢为材料,研究了光束扫描对激光热丝焊的焊缝成形特性、微观组织和力学性能的影响。结果表明:在扫描激光的作用下,焊缝的成形变得更加均匀,飞溅减少,焊缝熔深减小,熔宽增大,截面熔合区底部变得更加平滑;扫描激光的加入降低了... 详细信息

以Q235低碳钢为材料,研究了光束扫描对激光热丝焊的焊缝成形特性、微观组织和力学性能的影响。结果表明:在扫描激光的作用下,焊缝的成形变得更加均匀,飞溅减少,焊缝熔深减小,熔宽增大,截面熔合区底部变得更加平滑;扫描激光的加入降低了熔池的温度梯度,抑制了粗大柱状晶的生长,改变了铁素体晶粒形态,细化了熔合区组织,提高了焊缝韧性及延伸率;扫描激光促进了焊缝成分的均匀化分布,抑制了偏析,降低了熔合区显微硬度。由于激光作用面积增大等因素,光束扫描增强了激光热丝焊接对间隙的桥接能力。

关键词：激光技术激光热丝焊接光束扫描微观组织力学性能

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磷硅酸盐发光玻璃及光纤研究进展

激光与光电子学进展 2024年第9期61卷 123-133页

作者：王苏钰刘子畅罗成西张东辰苏魏全杨旅云华中科技大学武汉光电国家研究中心湖北武汉430074

随着对发光材料在理论和技术方面的深入研究,发光材料已经被广泛应用于白光LED照明、光学成像、光存储、光通信、光纤激光等领域。近年来,研究发现引入磷元素作为共掺元素所制备的发光材料在光学性能方面展现出独特的优势,磷元素成为突... 详细信息

随着对发光材料在理论和技术方面的深入研究,发光材料已经被广泛应用于白光LED照明、光学成像、光存储、光通信、光纤激光等领域。近年来,研究发现引入磷元素作为共掺元素所制备的发光材料在光学性能方面展现出独特的优势,磷元素成为突破众多发光材料发光性能瓶颈的关键因素。本文对磷硅酸盐发光玻璃的制备方法及其光学特性进行了综述,介绍了几种主流的发光材料制备方法及其掺磷技术,以及各种发光离子在P^(5+)的配位环境下的光谱特性,展现出磷硅酸盐发光玻璃及光纤在光通信及光纤激光等领域极大的优势,最后对多种掺磷有源特种光纤的应用前景进行了展望。

关键词：发光材料发光玻璃磷硅酸盐玻璃有源光纤

高重频、高功率高次谐波极紫外光源进展及应用

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中国激光 2024年

作者：魏子娟高熙泽孟翔宇李政言张庆斌兰鹏飞陆培祥华中科技大学物理学院湖北光谷实验室华中科技大学武汉光电国家研究中心华中科技大学光学与电子信息学院

超短超强激光脉冲驱动的高次谐波是一种极紫外到软X射线波段光源，具有指向性好，时空相干、亮度高等优点。高次谐波不仅是在阿秒时间尺度研究电子动力学的基础，其各类技术优点也使之成为一种有效的桌面型极紫外相干光源，在集成电路... 详细信息

超短超强激光脉冲驱动的高次谐波是一种极紫外到软X射线波段光源，具有指向性好，时空相干、亮度高等优点。高次谐波不仅是在阿秒时间尺度研究电子动力学的基础，其各类技术优点也使之成为一种有效的桌面型极紫外相干光源，在集成电路制造在线检测、材料科学、生物医药等领域具有广泛应用。然而，受限于传统钛蓝宝石固体飞秒激光平均功率和高次谐波过程转换效率的制约，目前高次谐波极紫外光源平均功率亟待提高。本文介绍了高重频、高功率高次谐波极紫外光源的产生方式及其应用。首先介绍了光纤、固体、啁啾光学参量放大器等新型高重频、高平均功率飞秒激光驱动源在高次谐波产生方面的进展，之后讨论了激光高次谐波在弱电离气体介质中的宏观传播效应和相位匹配条件。在此基础上，本文介绍了高平均功率高次谐波极紫外光源在成像检测方面的应用。

关键词：高次谐波极紫外光源飞秒激光器极紫外成像检测