Author Affiliations
Abstract
1 Photonics Research Center, the Hong Kong Polytechnic University Shenzhen Research Institute, Shenzhen 518057, China
2 Department of Electrical Engineering and Photonics Research Institute, the Hong Kong Polytechnic University, Hong Kong 999077, China
3 Institute of Photonics Technology, Jinan University, Guangzhou 510632, China
We report broadband all-fiber optical phase modulation based on the photo-thermal effect in a gas-filled hollow-core fiber. The phase modulation dynamics are studied by multi-physics simulation. A phase modulator is fabricated using a 5.6-cm-long anti-resonant hollow-core fiber with pure acetylene filling. It has a half-wave optical power of 289 mW at 100 kHz and an average insertion loss 0.6 dB over a broad wavelength range from 1450 to 1650 nm. The rise and fall time constants are 3.5 and 3.7 μs, respectively, 2–3 orders of magnitude better than the previously reported microfiber-based photo-thermal phase modulators. The gas-filled hollow-core waveguide configuration is promising for optical phase modulation from ultraviolet to mid-infrared which is challenging to achieve with solid optical fibers.
optical modulators photo-thermal effects hollow-core fibers Opto-Electronic Advances
2023, 6(5): 220085
1 国防科技大学前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
2 国防科技大学南湖之光实验室，湖南 长沙 410073
3 脉冲功率激光技术国家重点实验室，湖南 长沙 410073
报道了全光纤2.15 μm波段光纤气体拉曼激光器。将实芯单模光纤与空芯光子晶体光纤直接熔接制备成全光纤气体腔，并在实芯光纤上刻写长周期光纤光栅，防止菲涅耳反射回光对泵浦源造成损坏。以1971 nm脉冲光纤放大器作为泵浦源，当腔内气压为1.4 GPa时，2.15 μm拉曼光的最大平均功率约为0.87 W，受限于较高的拉曼阈值，光光转换效率只有19%。本研究为实现2.15 μm光纤激光光源提供了一种新的可行的技术方案。
激光器 光纤气体拉曼激光器 空芯光纤 受激拉曼散射
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
中红外激光在通信、遥感、安检和光电对抗等许多领域中都有重要的应用价值,一直以来都是激光领域研究的热点。中红外激光的产生方法有很多,其中光纤中红外激光器具有结构紧凑、光束质量好和转换效率高等特点,故被认为最有希望实现便携、稳定、高效和高功率的中红外激光输出。随着软玻璃光纤制备工艺水平的提升,中红外光纤激光技术获得了快速发展,输出功率水平也得到了很大提升。然而,受限于稀土离子种类、软玻璃光纤制备工艺和软玻璃光纤化学稳定性,基于软玻璃光纤的中红外激光器在功率进一步提升和波长拓展方面存在技术瓶颈,近年出现的中红外光纤气体激光器为此提供了有效的解决方案。详细综述了中红外光纤激光技术的研究现状,包括基于气体填充空芯光纤的新型中红外光纤激光器,并简要展望了中红外光纤激光技术的发展趋势。
激光光学 中红外激光 光纤激光 固体激光 气体激光 空芯光纤 拉曼激光
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
基于空芯光纤(HCF)的气体激光器是实现中红外激光输出的一种有效手段,一般情况下,跃迁选择定则决定一条泵浦吸收谱线对应两条激射跃迁谱线。通过气压控制的方法实现了单一谱线的4.3 μm单程结构HCF HBr激光器。以自研的1958 nm连续波高功率窄线宽掺铥光纤放大器为泵浦源,泵浦一段5 m长、充低压HBr气体的反共振HCF,通过气压控制分别实现了同位素H 79Br和H 81Br单一谱线4.3 μm的激光输出,最大激光功率为350 mW,总的光光转换效率约为8%。利用自行搭建的光纤扫描装置测量了输出激光光斑,结果表明其是一种基模。
激光器 光纤激光器 分子气体激光器 空芯光纤
Author Affiliations
Abstract
1 College of Advanced Interdisciplinary Studies, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
2 State Key Laboratory of Pulsed Power Laser Technology, Changsha 410073, China
3 Hunan Provincial Key Laboratory of High Energy Laser Technology, Changsha 410073, China
Fiber gas lasers based on gas-filled hollow-core fibers (HCFs) perfectly combine the advantages of fiber lasers and gas lasers and have obtained fast development in the past years. However, stable and efficient coupling of high-power pump lasers into the HCFs is one of the key problems to be solved. In this paper, we study the coupling of high-power continuous wave fiber lasers into anti-resonant HCFs through an end-cap. By optimizing the splicing parameters, a maximum laser power of 1167 W was injected into the 1-m-long HCFs, and 1021 W was obtained at the output end, giving a total transmission efficiency of . A more than 1 h test showed the stability of such a coupling method. Meanwhile, the laser beam quality was well maintained. This work opens new opportunities for stable and highly efficient coupling of high-power lasers into HCFs, which is significant for its applications in many other fields besides high-power fiber gas lasers, such as high-power laser delivering.
hollow-core fibers end-caps high power coupling methods Chinese Optics Letters
2022, 20(4): 040602
北京交通大学光波技术研究所全光网络与现代通信网教育部重点实验室，北京 100044
现代光网络需要满足高速、大带宽，大容量传输技术。基于反谐振反射光波导机制，提出一种偏振保持（PM）空芯光纤。光被正交方向上厚度不同的4个套管限制在空气芯子中来实现有效的PM传输。为了实现提高PM性能的同时降低传输损耗，研究了套管中反谐振层的数量、套管厚度、空气芯子尺寸以及正交方向上相邻两个套管之间距离的影响。数值仿真结果表明，所提出的反谐振空芯光纤在1550 nm处支持两种正交偏振模式，HE11x和HE11y模式的双折射为1.2×10-4，传输损耗分别为0.002 dB/m和0.013 dB/m。此外，在1425~1725 nm（带宽为300 nm）内，光纤的双折射不低于1.0×10-4，传输损耗在0.002 dB/m~0.185 dB/m范围内，色散值低于45.51 ps?nm-1?km-1)。同时，由于采用空芯结构的设计，光纤具有较低的弯曲损耗。所提出的光纤在需要短距离，大容量和低时延传输的数据中心和金融网络系统等领域具有较好的应用前景。
双折射 反谐振反射光波导 偏振保持 空芯光纤 激光与光电子学进展
2021, 58(23): 2326001
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
报道了第一个连续波全光纤气体拉曼激光光源。采用实芯单模光纤与带隙型空芯光纤熔接的方法,制备了长度为50 m、充高压氢气的全光纤结构气体腔,以一个高功率连续波1540 nm光纤放大器为泵浦源,利用氢气分子的纯转动受激拉曼散射有效实现了1693 nm 斯托克斯连续激光输出。进一步,通过在气体腔输出端熔接一个中心波长为1540 nm的高反射率光纤布拉格光栅,使得拉曼阈值降低了38.2%,斯托克斯光输出功率最大为2.15 W,腔内拉曼转换效率为72.2%,由于熔接损耗,相对总泵浦光功率的光光转换效率为31.7%。该研究结果为实现高效紧凑的高功率1.7 μm 光纤激光器提供了一条可行的技术方案。
激光器 光纤激光器 受激拉曼散射 拉曼激光器 空芯光纤
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
粒子数反转和受激拉曼散射是实现光纤气体激光器输出的最常见的两种基本原理。与光纤气体拉曼激光光源不同,基于粒子数反转原理的光纤气体激光器是通过气体分子振转能级的本征吸收跃迁实现激光输出。由于绝大多数气体分子的振转能级对应的激射跃迁谱线都在中红外波段,这种激光器的输出波长基本都在中红外波段。简要分析了基于粒子数反转原理的光纤气体激光器在产生中红外波段激光方面的优势,重点回顾了其发展历史与研究现状,并对下一步的发展趋势进行了展望。
激光器 红外和远红外激光器 分子气体激光器 空芯光纤
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
空芯光纤为光与气体的相互作用提供了理想的环境,极大增强了气体的受激拉曼散射,大大降低了拉曼阈值。基于充气空芯光纤的光纤气体拉曼激光光源获得了快速发展,已经实现了从紫外到中红外波段的激光输出。简要介绍了光纤气体拉曼激光光源的基本原理和空芯光纤的发展概况,详细综述了光纤气体拉曼激光光源的研究进展,并对其发展的趋势进行了展望。
激光光学 光纤激光 拉曼散射 拉曼激光 气体激光 空芯光纤
周智越 1,2,3李昊 1,2,3崔宇龙 1,2,3黄威 1,2,3王泽锋 1,2,3,*
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
报道了一种基于空芯光纤的光泵浦中红外HBr气体激光器。用一台可调谐的窄线宽2 μm连续波掺铥光纤放大器泵浦一段充低压HBr气体的4.4 m反共振空芯光纤,通过将种子激光的波长精确调谐到HBr(同位素H 79Br)气体R(2)吸收线1971.7 nm附近,使得处于振动基态 的H 79Br分子跃迁至振动激发态v2,并在振动态v2与v1之间形成粒子数反转,通过跃迁选择定律同时激射出两条谱线R(2)和P(4),波长分别为3977.2 nm和4165.3 nm。当HBr气压为6.2 mbar时,4 μm激光最大输出功率为125 mW,相对于耦合进空芯光纤的泵浦光功率转换效率约为10%。通过进一步改善空芯光纤的传输损耗谱,提高泵浦光耦合效率,可大幅提升激光效率和输出功率,并且利用HBr分子的能级特性,将来有望实现大范围调谐的中红外激光输出。
激光器 光纤激光器 气体分子激光器 空芯光纤 光学学报
2020, 40(16): 1614001
