郑文龙 1,2,3莫锦恋 1,2,3高震森 1,2,3徐鹏柏 1,2,3董新永 1,2,3,*
作者单位
摘要
1 广东工业大学 信息工程学院,广州 510006
2 广东工业大学 先进光子技术研究所,广州 510006
3 广东省信息光子技术重点实验室,广州 510006
基于简化的二能级激光系统和均匀展宽理论模型,利用原子速率方程和功率传输方程建立了掺铥光纤激光器的理论模型,并以环形腔掺铥光纤激光器为例,通过Matlab编程数值模拟研究了其出射功率和波长调谐范围与腔内损耗、掺铥光纤长度、输出耦合比、泵浦波长和泵浦功率等激光器参量的关系。数值模拟结果表明,降低激光器腔内损耗、提高泵浦激光功率和优化掺铥光纤长度可以提高掺铥光纤激光器的出射功率和增加波长调谐范围,而增加输出耦合比虽能提高激光功率,却减小了波长调谐范围。经过参数优化,在腔内总损耗为3 dB、输出耦合比为10%的情况下,通过提高泵浦激光功率和优化掺铥光纤长度,掺铥光纤激光器的波长调谐范围可达528 nm(1 660~2 188 nm),高于目前已报道的实验结果。将部分模拟结果与文献报道的实验结果进行对比,较好地证实了模型的准确性。研究工作对于掺铥光纤激光器的设计和发展具有重要的理论参考价值和指导意义。
掺铥光纤激光器 理论模拟 波长可调谐激光器 thulium-doped fiber laser theoretical simulation wavelength tunable laser 
半导体光电
2023, 44(3): 336
阳优司 1李丹 1,*吉恩才 2,**纪孝峰 3,***[ ... ]肖起榕 1
作者单位
摘要
1 清华大学精密仪器系光子测控技术教育部重点实验室,北京 100084
2 密尔医疗科技(深圳)有限公司,广东 深圳 518000
3 福建医科大学附属三明第一医院,福建 福州 365000
4 莱凯医疗器械(北京)有限公司,北京 101300
激光自诞生以来就在众多领域中有着广泛应用,激光碎石技术就是其中之一。相比目前激光碎石技术的“金标准”钬激光器,掺铥碎石光纤激光器在近些年不断发展,而且逐步被证明可实现更快的碎石速率与粉末化碎石、产生较小的碎石反推力、允许更高的液体灌溉速率等手术优点,同时整机系统支持免水冷工作、高电光效率运转、全光纤高效耦合以及大幅度体积缩减,因此受到了越来越多的关注。本文从连续性、准连续型和纳秒短脉冲型掺铥光纤激光器三个角度出发,详细总结了掺铥光纤激光器的部分重要研究进展及其在碎石领域的研究,介绍了掺铥光纤激光器用于碎石的优势与原理,并展望了未来研究的方向和挑战。
激光器 掺铥光纤激光器 掺铥连续光纤激光器 掺铥准连续光纤激光器 掺铥纳秒短脉冲激光器 掺铥激光碎石 lasers thulium-doped fiber laser thulium-doped continuous-wave fiber laser thulium-doped quasi-continuous-wave fiber laser thulium-doped nanosecond short-pulsed laser thulium-doped laser lithotripsy 
激光与光电子学进展
2023, 60(15): 1500007
作者单位
摘要
1 北京交通大学电子信息工程学院,北京 100044
2 光信息技术创新中心,河北大学物理科学与技术学院,河北 保定 071002
提出并实现了一种工作在2050 nm波段的单纵模窄线宽掺铥光纤激光器。使用3个耦合器组成的新型复合双环腔抑制密集的多纵模,结合未泵浦的掺铥光纤(作为饱和吸收体),实现了激光的单纵模激射和窄线宽输出。实验结果表明:室温下,激光器的中心波长为2048.76 nm,光信噪比为68 dB。通过60 min的连续测量,得到激光的输出功率波动不大于0.15 dB,中心波长漂移不大于0.02 nm,证明了所设计的激光器具有良好的波长稳定性和功率稳定性。使用基于3×3光纤耦合器的相位解调系统对激光器的频率噪声特性进行测量,并进一步结合β分割线法测量线宽。当测量时间为0.001 s时,激光器的线宽为9.17 kHz。当频率高于1 MHz时,相对强度噪声低于-125.69 dB/Hz。该激光器在激光雷达和空间光通信系统中具有广阔的应用前景。
激光器 掺铥光纤激光器 单纵模 子环腔 饱和吸收体 lasers thulium-doped fiber laser single longitudinal mode sub-ring cavity saturable absorber 
中国激光
2023, 50(23): 2301002
闪霁芳 1,2刘琨 1,2,*江俊峰 1,2刘铁根 1,2尹慧 1,2
作者单位
摘要
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院,天津 300072
2 天津大学光电信息技术教育部重点实验室,天津 300072
针对使用掺铥光纤激光器的气体传感系统进行混合气体测量时,吸收谱线重叠较为严重且相互交叉吸收干扰的现象造成的测量误差大、分析精度低的问题,提出一种基于自适应变异粒子群优化的支持向量机(SVM)方法,用于建立混合气体体积分数定量分析预测模型。对体积分数为0.5%~2%的氨气(NH3)和2%~5%的二氧化碳(CO2)混合气体的吸收光谱数据进行采集和处理,利用自适应变异粒子群优化(AMPSO)算法对SVM模型参数进行寻优,利用获得的最优模型参数构建氨气和二氧化碳气体体积分数定量分析模型,并与标准粒子群优化算法和网格搜索法进行对比。实验结果表明,基于自适应粒子群优化算法建立的氨气和二氧化碳气体体积分数定量分析模型在较为合适的寻优时间下,可以得到最佳的均方误差,效率较高,该模型对测试集中氨气和二氧化碳气体体积分数设定值与预测值的均方误差分别为0.000088和0.000170,决定系数R2均为0.9998,满足混合气体检测要求。
光通信 掺铥光纤激光器 自适应变异粒子群优化 混合气体 支持向量机 optical communications thulium-doped fiber laser adaptive mutation particle swarm optimization mixed gas support vector machine 
光学学报
2023, 43(12): 1206001
任俊杰 1,2,3贺振兴 1,3余婷 1,2,3叶锡生 1,2,3,*
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率光纤激光技术实验室,上海 201800
2 中国科学院大学材料科学与光电技术学院,北京 100049
3 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
Q技术是掺铥光纤激光器获得纳秒脉冲激光输出的主要方式。本文首先介绍主动调Q、被动调Q和增益调制这三种调Q技术在掺铥光纤振荡器中的应用现状,对比和分析三种技术的优点与不足。其次,介绍窄脉宽、高平均功率、大脉冲能量纳秒掺铥光纤放大器的现有典型研究结果和面临的技术瓶颈,并从热管理、非线性效应抑制、放大自发辐射抑制三个方面进行了优化措施分析。最后,对纳秒掺铥光纤振荡器和放大器的技术发展趋势进行展望。
激光器 纳秒掺铥光纤激光器 主动调Q 被动调Q 增益调制 lasers nanosecond thulium-doped fiber laser active Q-switching passive Q-switching gain switching 
激光与光电子学进展
2023, 60(9): 0900003
作者单位
摘要
长春理工大学 光电工程学院,吉林 长春 130022
为改善高功率掺铥光纤激光器(TDFL)的输出性能,提高系统的光-光转化效率,研制了一种全光纤主振荡功率放大结构(MOPA)的高功率TDFL,可在连续(CW)和准连续(QCW)两种模式下工作。首先,搭建了激光振荡器,对种子源激光器的输出特性进行研究。接着,搭建掺铥光纤放大器,并将其与激光振荡器连接,研究MOPA结构光纤激光器的输出特性。最后,在QCW调制模式下,分析MOPA结构光纤激光器的脉冲特性。结果表明:激光振荡器实现了中心波长为1940 nm连续稳定的激光输出,最高平均输出功率为18.56 W,斜率效率为54.84%,且光谱无拉曼成分。利用该低功率连续激光作为种子源经过自制的掺铥光纤放大器后,平均输出功率可达66.9 W,斜率效率为48.48%。当系统在QCW模式下工作时,可以实现对频率和占空比的调节,且当频率为75 Hz,占空比为10%时,经计算其峰值功率为80.3 W。该研究方案对研制2 μm波段更高功率的MOPA激光器具有参考意义。
掺铥光纤激光器 主振荡功率放大 光纤放大器 准连续 thulium-doped fiber laser main oscillation power amplification fiber amplifier quasi-continuous wave 
中国光学
2023, 16(2): 399
作者单位
摘要
1 广东工业大学信息工程学院,广东 广州 510006
2 广东省信息光子技术重点实验室,广东 广州 510006
3 中国计量大学光学与电子科技学院,浙江 杭州 310018
采用能增强瑞利散射效率的光纤随机光栅作为掺铥光纤随机激光器的随机分布反馈介质,光纤环镜下激光器形成半开腔结构,在793 nm半导体激光器泵浦下,实现了波长为1951 nm的单波长随机激光输出。激光器的泵浦阈值功率为2.1 W,比已报道的相同泵浦波长的掺铥光纤随机激光器的阈值低40%。在泵浦功率为6 W时,获得的激光输出功率为142.9 mW,边模抑制比为43 dB,输出激光在1 h内的波长偏移量小于0.1 nm,功率波动小于3.7 mW,具有良好的稳定性。
激光器 随机激光器 瑞利散射 掺铥光纤激光器 光纤随机光栅 光纤环镜 lasers random lasers Rayleigh scattering thulium-doped fiber lasers fiber random grating fiber loop mirror 
中国激光
2023, 50(2): 0201002
作者单位
摘要
1 华中科技大学武汉光电国家研究中心,湖北 武汉 430074
2 华中科技大学同济医学院附属同济医院,湖北 武汉 430074

掺铥激光凭借其可以被水分子高效率吸收的优势,成为生物组织消融和碎石手术应用的理想选择,在生物医疗上具有极大的应用前景。简要阐述了掺铥激光与生物组织作用原理,介绍了国内外掺铥激光器的最新研究成果,以及掺铥激光器在组织消融和碎石手术中的应用,总结了不同激光器参数,包括工作模式、功率、照射时间、光斑面积、脉冲频率等对组织消融和碎石手术的影响,表明掺铥光纤激光器是未来医疗激光器的重要发展方向,并对国产掺铥激光器在生物医疗领域的发展提出了建议。

激光器 掺铥光纤激光器 激光热效应 激光组织消融 激光碎石 lasers thulium-doped fiber laser laser thermal effects laser-tissue ablation laser lithotripsy 
激光与光电子学进展
2022, 59(1): 0100004
林宇 1,2刘敏秋 1欧阳德钦 1,2,*肖克峰 3[ ... ]阮双琛 1,2
作者单位
摘要
1 深圳技术大学先进光学精密制造技术广东普通高校重点实验室,广东 深圳 518118
2 深圳技术大学中德智能制造学院,广东 深圳 518118
3 深圳市人民医院,广东 深圳 518020

采用线型腔结构,实现了中心波长为1939.31 nm、脉宽在0~2000 μs可调、重复频率在0~2 kHz可调、最大平均输出功率为34.2 W的准连续掺铥光纤激光器,并利用此激光器在体外环境下开展结石消融量随激光脉宽与重复频率的变化规律的研究。结果显示:在相同时间内,当单脉冲能量相近时,增大脉冲重复频率(平均输出功率)有利于提高碎石速率;当平均输出功率接近时,单脉冲能量越大,石块消融量越大。在90 s的碎石时间内,石块经过31.8 W/0.053 J(250 μs)、33.1 W/0.11 J(500 μs)、33.5 W/0.22 J(1000 μs)、34.2 W/0.45 J(2000 μs)4组参数激光照射后的消融量分别为0.333,0.480,0.697,0.723 g,结石表面的最高水温分别为30.8,35.5,38.9,41.2 ℃。

激光光学 激光碎石 掺铥光纤激光器 准连续激光器 结石消融 laser optics laser lithotripsy thulium-doped fiber lasers QCW lasers calculus ablation 
中国激光
2022, 49(1): 0101015
作者单位
摘要
1 广东工业大学 信息工程学院, 广州
2 广东省信息光子技术重点实验室, 广州
3 中国计量大学 光学与电子科技学院, 杭州
研究了一种基于光纤Sagnac环镜的多波长线性腔掺铥光纤激光器。该激光器采用1.5 m长的双包层掺铥光纤为增益介质, 793 nm激光二极管为泵浦源, 光纤Sagnac环镜和光纤环形镜构成激光器谐振腔。通过增加泵浦功率和调节偏振控制器, 在1 949~1 976 nm的光谱范围内实现了1~7个波长的激光输出, 输出功率达毫瓦量级, 光信噪比达到40~50 dB。
多波长光纤激光器 掺铥光纤激光器 光纤Sagnac环镜 multi-wavelength fiber laser thulium-doped fiber laser fiber Sagnac loop mirror 
光电技术应用
2021, 36(6): 35

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