电子科技大学信息与通信工程学院光纤传感与通信教育部重点实验室，四川 成都 611731
提出一种少模掺铒光纤放大器（FM-EDFA）仿真方法，通过引入泵浦相关的等效掺铒浓度参数来拟合双向泵浦实验数据，并用VPI软件高效仿真FM-EDFA的级联传输性能。采用光隔离波分复用器（IWDM）开展了LP01和LP11两模双向泵浦放大实验，验证了上述仿真方法的可行性。通过优化前后向泵浦功率的比例，设计了一款模式增益约为11 dB的均衡FM-EDFA；仿真结果表明，该FM-EDFA循环传输10次后的差模增益和光信噪比分别为0.56 dB和27 dB，大于32 GBaud DP-32QAM模分复用信号传输系统纠后无误码所要求的光信噪比阈值。
光学器件 少模掺铒光纤放大器 双向泵浦 仿真方法 差模增益
电子科技大学光纤传感与通信教育部重点实验室，四川 成都 611731
利用少模掺铒光纤放大器（FM-EDFA）的差模增益可调性，可实现模式增益均衡、补偿链路模式相关损耗，能够大大提高模分复用系统的组网灵活性。制作少模隔离器和波分复用器一体化光纤器件（FM-IWDM），并将其用于构建全光纤型FM-EDFA。采用中心波长为1480 nm的泵浦光源开展同向和双向泵浦光放大实验，保持泵浦总功率为200 mW，通过调节泵浦功率比例，分别获得2.6 dB和4.8 dB的最大可调差模增益。
光通信 模分复用 掺铒光纤放大器 差模增益 光学学报
2022, 42(15): 1506004
1 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
2 国科大杭州高等研究院物理与光电工程学院, 浙江 杭州 310024
在高功率激光运转条件下,掺杂稀土离子的量子亏损和玻璃材料的本征吸收均会造成光纤放大器中增益光纤温度的整体上升与梯度分布。在热平衡状态下,光纤材料的热光效应将会诱导光纤横向折射率的再分布,引发高功率激光运转条件下增益光纤模式特性的改变。为此,利用多物理场有限元建模的数值计算方法对高功率激光运转条件下大模场掺镱石英光纤的热致模式特性展开系统研究,分析总结大模场增益光纤的模式特性在不同激光运转功率、增益光纤设计参数(纤芯直径、数值孔径、热光系数)和光纤弯曲使用条件下的变化规律。结果表明,随着激光运转功率的增加,纤芯和包层之间的温差会变大,从而导致光纤的归一化参数V值增大,最终使模式的传输损耗系数减小,模式在纤芯区域的功率因子增大。
激光光学 大功率激光光纤放大器 有限元仿真 大模场掺镱石英光纤 模式特性 热光效应 光学学报
2022, 42(10): 1014003
1 国防科技大学前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
2 脉冲功率激光技术国家重点实验室，湖南 长沙 410073
3 高能激光技术湖南省重点实验室，湖南 长沙 410073
高功率3~5 μm波段中红外超连续谱激光器在环境监测、生物医疗、测绘计量、**安全等领域有重要应用。在用于产生中红外超连续谱激光的非线性介质中，光纤易于实现大的非线性系数，且有效作用距离长、结构灵活、便于集成，得到了广泛研究。近年来，3~5 μm波段高功率中红外超连续谱光纤激光的技术方案日益丰富，性能指标逐步提升。总结了光谱覆盖3~5 μm的中红外超连续谱光纤激光的发展现状，并对其发展趋势进行了展望。
Author Affiliations
Abstract
College of Advanced Interdisciplinary Studies, National University of Defense Technology, Changsha410073, China
The superfluorescent fiber source (SFS) with tunable optical spectrum has shown great application potential in the sensing, imaging, and spectral combination. Here, we demonstrate for the first time a 2-kW-level wavelength and linewidth tunable SFS. Based on a flexible filtered SFS seed and three stages of fiber amplifiers, the output power can be scaled from the milliwatt level to about 2 kW, with a wavelength tuning range of 1068–1092 nm and a linewidth tuning range of 2.5–9.7 nm. Moreover, a numerical simulation is conducted based on the generalized nonlinear Schrödinger equation, and the results reveal that the wavelength tuning range is limited by the decrease of seed power and the growth of amplified spontaneous emission, whereas the linewidth tuning range is determined by the gain competition and nonlinear Kerr effects. The developed wavelength and linewidth tunable SFS may be applied to scientific research and industrial processing.
fiber amplifiers high power superfluorescent fiber source tunable lasers High Power Laser Science and Engineering
2021, 9(4): 01000e55
中国电子科技集团公司 第三十四研究所，广西 桂林 541004
针对长距离高精度光纤时间同步需求，利用双向掺铒光纤放大器(EDFA)进行传输距离扩展。介绍了光纤授时系统组成，通过构建光纤授时链路时延模型，重点对长距离光纤授时系统中的不对称时延问题进行了研究分析，并详述了精确校准方法，最后搭建实验平台对授时性能进行了测试验证。测试结果表明：时间同步准确度达-47 ps，同步精度达128 ps，实现了600 km亚纳秒级光纤时间传递。
时间同步 亚纳秒 双向掺铒光纤放大器 不对称性校准 time synchronization sub-nanosecond bidirectional Erbium doped fiber amplifiers asymmetry calibration
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Transient Optics and Photonics, Xi’an Institute of Optics and Precision Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Xi’an710119, China
2 Key Laboratory for Physical Electronics and Devices of the Ministry of Education & Shaanxi Key Laboratory of Information Photonic Technique, Xi’an Jiaotong University, Xi’an710049, China
3 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing100049, China
4 Key Laboratory on Applied Physics and Chemistry, Shaanxi Applied Physics and Chemistry Research Institute, Xi’an710061, China
5 Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Shanxi University, Taiyuan030006, China
Mode distortion induced by stimulated Raman scattering (SRS) has become a new obstacle for the further development of high-power fiber lasers with high beam quality. Here, an approach for effective suppression of the SRS-induced mode distortion in high-power fiber amplifiers has been demonstrated experimentally by adjusting the seed power (output power of seed source) and forward feedback coefficient of the rear port in the seed source. It is shown that the threshold power of the SRS-induced mode distortion can be increased significantly by reducing the seed power or the forward feedback coefficient. Moreover, it has also been found that the threshold power is extremely sensitive to the forward feedback power value from the rear port. The influence of the seed power on the threshold power can be attributed to the fact that the seed power plays an important role in the effective length of the gain fiber in the amplifier. The influence of the forward feedback coefficient on the threshold power can be attributed to the enhanced SRS configuration because the end surface of the rear port together with the fiber in the amplifier constitutes a half-opening cavity. This suppression approach will be very helpful to further develop the high-power fiber amplifiers with high beam quality.
high-power fiber amplifiers mode distortion stimulated Raman scattering suppression High Power Laser Science and Engineering
2021, 9(2): 02000e20
强激光与粒子束
2020, 32(12): 121001
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 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
3 中国科学院上海光学精密机械研究所中科院强激光材料重点实验室, 上海 201800
基于掺镱光纤激光放大器理论模型,分析了光纤放大器中掺镱光纤弯曲半径对模式传输损耗的影响以及掺镱光纤长度对系统光-光转换效率的影响。结合实验中采用的掺镱光纤的特点,对掺镱光纤的弯曲半径及光纤长度进行了优化设计。基于主振荡放大结构中,种子光源的输出功率为170 W,光束质量为 M2x=1.10, M2y=1.05;放大器采用双端抽运的方式,使用自研30/600 μm掺镱光纤,最终实现了输出功率为10.14 kW,中心波长为1070.36 nm,3 dB带宽为5.32 nm的全光纤激光输出,光束质量为 M2x=3.12, M2y=3.18。放大级最大光-光转换效率为87.9%,斜率效率为89.2%,输出激光信噪比大于45 dB。
光纤光学 光纤放大器 掺镱光纤 主振荡放大 双端抽运 高效率 中国激光
2020, 47(10): 1006001
天津大学精密仪器与光电子工程学院超快激光研究室&光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
针对高功率光纤飞秒激光放大器,介绍了啁啾脉冲放大(CPA)技术的基本原理,讨论了该结构中关键的展宽器和压缩器的发展现状与瓶颈;介绍了典型的大模场面积光纤的结构和工作原理,简介了基于大模场面积光纤的CPA系统的发展现状;介绍了非线性放大技术,讨论了实现更窄脉冲宽度、更高脉冲质量的光纤飞秒激光放大方案;最后分析了全光纤结构、相干合束、单晶光纤增益介质以及皮秒种子源等新型技术,并总结了高功率光纤飞秒激光放大器的发展趋势。
飞秒激光 光纤放大器 啁啾脉冲放大(CPA) 非线性放大 脉冲相干合束
