Author Affiliations
Abstract
1 Laboratory of Infrared Material and Devices, Research Institute of Advanced Technologies, Ningbo University, Ningbo315211, China
2 Key Laboratory of Photoelectric Detection Materials and Devices of Zhejiang Province, Ningbo315211, China
3 Faculty of Electrical Engineering and Computer Science, Ningbo University, Ningbo315211, China
We report on the investigation of intermode beating mode-locked (IBML) pulse generation in a simple all-fiber Tm$^{3+}$-doped double clad fiber laser (TDFL). This IBML TDFL is implemented by matching longitudinal-mode frequency between 793 nm laser and TDFL without extra mode locker. The central wavelength of ${\sim}1983~\text{nm}$, the fundamental pulse frequency of ${\sim}9.6~\text{MHz}$ and the signal-to-noise ratio (SNR) of ${>}50~\text{dB}$ are achieved in this IBML TDFL. With laser cavity optimization, the IBML TDFL can finally generate an average output power of 1.03 W with corresponding pulse energy of ${\sim}107~\text{nJ}$. These results can provide an easily accessible way to develop compact large-energy, high-power TDFLs.
average output power intermode beating mode-locking Tm3+ -doped double clad fiber laser pulse energy High Power Laser Science and Engineering
2019, 7(4): 04000e65
1 中国科学院 上海光学精密机械研究所 上海市全固态激光器与应用技术重点实验室,上海 201800
2 中国科学院 研究生院,北京 100049
3 瑞尔森大学 电气与计算机工程系,加拿大 M5B2K3
以248 nm的KeF准分子激光器为光源,基于相位掩模法,研究了大模场面积双包层光纤(LMA-DCF)光栅的刻写技术。在20/400 μm的LMA-DCF中制备出中心波长1076.11 nm,基模反射率大于99.9%,3 dB带宽0.32 nm的光纤布拉格光栅(FBG)。用已制备的FBG作为腔镜,采用分立的光学元件后向抽运掺Yb3+光纤激光器,实现了144 W的稳定激光输出,斜率效率为60%,输出激光光谱特性同FBG的光谱特性一致。
光纤光栅 掺Yb3+双包层光纤激光器 高功率 相位掩模法
1 郑州大学河南省激光与光电信息技术重点实验室，河南 郑州450052
2 包头特殊教育学校, 内蒙古包头014010
3 北京交通大学理学院，北京100044
在研究掺Yb3+光纤激光器的实验中，发现伴生有可见区的荧光，用光谱仪测量发现该可见区荧光的波长分别为639.4nm,520.7nm,487nm和474.8nm，通过对比分析掺Yb3+光纤中杂质的能级结构，发现伴生的红、绿、蓝荧光由Yb3+与Pr3+合作产生，其荧光过程是由于Yb3+离子的能量转移给Pr3+，由Pr3+受激辐射产生的红、绿、蓝荧光。实验结果表明:掺Yb3+双包层光纤吸收泵浦光后产生的荧光是上转换的，这会导致光纤激光器激光能量转换效率的降低。
双包层掺Yb3+光纤激光器 合作荧光 上转换发光 ytterbium-doped double-clad fiber laser cooperative fluorescence upconversion luminescence
1 西北大学 信息科学与技术学院, 陕西 西安 710069
2 电气通信大学 激光科学研究中心, 日本 东京 182-8585
3 陕西延安职业技术学院, 陕西 延安 716000
4 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
通过在腔内放置汇聚型布儒斯特角轴锥体, 并对增益光纤采用双端泵浦, 实验上实现了掺镱双包层光纤激光器的径向偏振模振荡.对增益光纤的末端做了斜角抛光, 抑制了光纤端面间的寄生振荡, 减小了在低泵浦功率下被放大的自发辐射光份额.该激光器的域值约为175 mW, 斜率效率13.8%, 激发波长约1085 nm.当泵浦功率达到最大值460 mW时, 获得了39 mW的激光输出功率, 其光束偏振纯度和圆柱形对称性有显著改善.
掺镱双包层光纤激光器 布儒斯特角轴锥体 径向偏振 Ytterbium-doped double-clad fiber laser Radial polarization Brewster axicon
1 枣庄学院 物理与电子工程系,山东 枣庄 277100
2 中国科学院 上海光学精密机械研究所,上海 201800
基于稳态热传导方程,对高功率双包层光纤激光器的热效应进行了研究,分析了光纤尺寸、冷却条件、泵浦功率等因素对光纤温度场的影响。对给定参数的光纤,给出了理论功率极限。指出对于目前常用双包层光纤激光器,最大输出功率主要受各外包层材料的熔点和非线性效应限制,从而可以确定功率限制的瓶颈所在,提出有效的改进方案,如减弱或消除线性效应、提高外包层的耐热能及改进制冷方案。
双包层光纤激光器 温度场 热效应 功率极限 double-clad fiber laser temperature field thermal effect power limit
1 国防科学技术大学 光电科学与工程学院，长沙 410073
2 中国空气动力研究与发展中心，绵阳 621000
高功率光纤激光器在定向能领域有着重要的应用。为了研究双包层光纤激光器的输出特性，采用数值模拟和实验研究的方法，进行了理论分析和实验验证。用国产大芯径掺镱光纤搭建了双包层光纤激光器，获得了1092nm的激光输出，功率为1．6W。结果表明，光纤最佳长度与后腔镜和抽运功率有很大关系，通过优化设计后腔镜，选取最佳后腔镜信号光反射率R2，可获得最大激光功率输出，提高激光器效率，获得特定的稳定的纵模输出，优化系统的性能。
激光技术 掺镱双包层光纤激光器 数值模拟 后腔镜 laser technique Yb-doped double-clad fiber laser numerical simulation back-cavity mirror
使用20 W/1.06 μm掺镱双包层光纤激光器作为抽运源, 抽运由300 m国产掺磷光纤和光纤光栅构成的级联拉曼谐振腔, 进行了高功率1.48 μm级联拉曼光纤激光器的实验研究。实验研究了不同反射率的输出光纤光栅对拉曼激光阈值和激光效率的影响。结果表明激光阈值随输出光纤光栅反射率的增加而减小。当使用25.7%的输出光纤光栅时, 激光器具有最大的转换效率, 在入腔抽运功率为12.1 W时, 获得了最大2.8 W/1.48 μm连续波激光输出, 相应的激光斜率效率和转换效率分别为31.3%和23.1%。通过监测1.48 μm激光的最大输出功率, 2 h内的功率波动小于5%。
激光器 拉曼激光器 国产掺磷光纤 高功率 掺镱双包层光纤激光器
国防科技大学光电科学与工程学院，湖南 长沙 410073
受激拉曼散射是大功率光纤激光器性能提升的主要限制之一。采用数值方法深入分析了大功率光纤激光器中的拉曼效应，结果表明，增大信号波长和减小腔镜反射率能有效地减小受激拉曼散射的影响；深入探讨了不同泵浦方式下激光器的拉曼特性，为选取合适的泵浦方式提供了理论依据；首次研究了空间多点泵浦情况下大功率光纤激光器中的拉曼效应，对空间多点泵浦模型中如何优化泵浦方式、合理设置泵浦点功率具有指导意义。
激光技术 受激拉曼散射 数值模拟 多点泵浦 双包层光纤激光器 laser techniques stimulated Raman scattering numerical analysis multi-point pump double-clad fiber laser
1 国防科技大学光电科学与工程学院，湖南 长沙 410073
2 263891部队，河南 洛阳 471003
大功率双包层光纤激光器采用分布式多点抽运有利于功率扩展和输出特性的优化。采用数值模拟的方法分别计算了正向多点抽运和反向多点抽运，得出了不同抽运光反射限制和不同的光纤长度条件下抽运点数与输出功率的关系，以及不同抽运点数和不同抽运光反射限制下的光纤最佳长度，并进一步得出，多点抽运时，通过在双包层光纤内包层写入光栅的方法对抽运光进行反射限制可以大大改善光纤激光器的输出特性。这些结论对多点抽运双包层光纤激光器的结构优化具有指导意义。
激光技术 多点抽运 数值模拟 双包层光纤激光器 laser techniques multi-point pumping numerical simulation double-clad fiber laser
1 电子科技大学 通信与信息工程学院光纤重点实验室，成都 610054
2 中国工程物理研究院激光聚变研究中心，四川 绵阳 621900
3 中国工程物理研究院 应用电子学研究所，四川 绵阳 621900
从双包层光纤激光器的速率方程出发，得到了光纤中泵浦光与激光的功率分布、输出功率与泵浦功率的关系、腔镜反射率及光纤长度对输出功率的影响。研究结果表明：输出激光功率与光纤长度及后腔镜反射率有很强的依赖关系，存在一个输出功率最大的最佳光纤长度。后腔镜反射率越大，输出激光功率越小；当光纤长度较短时，在输出端放置反射镜使泵浦光高反射，可以提高输出功率和效率。通过对端面泵浦掺Yb3+双包层光纤激光器进行理论分析和实验研究，得到输出激光的中心波长为1088．3nm，斜率效率为33．7%，最大输出功率为1．75W。
端面泵浦 双包层光纤激光器 数值分析 end-pumping double clad fiber laser numerical analysis
