反射结构高功率超宽带光纤光源

为优化双程后向结构的掺铒光源,分析了光纤长度、泵浦功率和温度的变化对光源平均中心波长的影响,初步确定了掺铒光纤长度的优化范围,并在全温度范围内进行实验验证。实验选用的980nm泵浦源电流为110ma,掺铒光纤的长度为12.5m,该装置的输出功率为13.26mw,光源的平均波长稳定性为0.6℃-1。通过建立光谱分布优化仿真模型,实现输出光谱的近高斯分布,3db带宽达到32nm。经过优化后得到的掺铒光纤光源具有输出功率高、平均波长稳定性好、输出光谱呈高斯分布等优势,是高精度光纤陀螺的理想光源。

分析基于单芯光子晶体光纤的超连续谱光源在提升平均输出功率时所面临的问题,指出采用多芯光子晶体光纤作为超连续谱产生介质是一种实现高功率超连续谱产生的潜在方案。使用自制皮秒光纤激光器泵浦一段国产多芯光子晶体光纤,实现了光谱范围750～1700nm,平均功率42.3w的全光纤化高功率超连续谱输出。

为了实现高平坦的c＋l波段放大的自发辐射光（ase）光输出，提出并设计了一种基于ld单泵浦源，并且采用两段掺杂浓度完全相同的掺er^3＋光纤（edf）作为增益介质的宽带光源。对光源的基本原理及实现方案进行了理论分析和实验验证。首先，根据er^3＋能级结构介绍c＋l波段宽带光源的产生原理。然后，设计系统结构，在结构中采用976nmld作泵浦源，通过耦合器将泵浦光按照一定比例分为两路对edf泵浦；采用两支波分复用器（wdm）将泵浦光耦合进入edf，并通过熔接环形镜（flm）提高转换效率；输出端熔接隔离器（iso）防止端面回波对输出造成影响。最后，根据edf的ase增益数学模型对edf长度进行了分析和优化。实验结果表明，用于调整c波段ase光输出的edf1长选用2m，用于调整l波段ase光输出edf2长选为16m，获得平坦c＋l波段ase光输出，在不使用任何滤波器的条件下，在1540～1610nm波段范围内光谱平坦度为±0．525db，在1520～1610nm范围内光谱平坦度为±1．119db。本文方法使用1支976nmld实现了c＋l波段的高平坦输出，简化了系统结构，并降低了系统成本。

为了实现高平坦的c+l波段放大的自发辐射光(ase)光输出,提出并设计了一种基于ld单泵浦源,并且采用两段掺杂浓度完全相同的掺er3+光纤(edf)作为增益介质的宽带光源。对光源的基本原理及实现方案进行了理论分析和实验验证。首先,根据er3+能级结构介绍c+l波段宽带光源的产生原理。然后,设计系统结构,在结构中采用976nmld作泵浦源,通过耦合器将泵浦光按照一定比例分为两路对edf泵浦;采用两支波分复用器(wdm)将泵浦光耦合进入edf,并通过熔接环形镜(flm)提高转换效率;输出端熔接隔离器(iso)防止端面回波对输出造成影响。最后,根据edf的ase增益数学模型对edf长度进行了分析和优化。实验结果表明,用于调整c波段ase光输出的edf1长选用2m,用于调整l波段ase光输出edf2长选为16m,获得平坦c+l波段ase光输出,在不使用任何滤波器的条件下,在1540~1610nm波段范围内光谱平坦度为±0.525db,在1520~1610nm范围内光谱平坦度为±1.119db。本文方法使用1支976nmld实现了c+l波段的高平坦输出,简化了系统结构,并降低了系统成本。

提出了利用光纤组束技术获得机载软杀伤高功率光源的想法。分析了双包层光纤激光器的工作原理,简单介绍了非相干组束的原理和缺陷,重点阐述了并联主振荡相干组束方法及相干组束的优势。分析表明相干组束光纤激光器是未来机载软杀伤高功率光源的必然选择。

宽带光纤接入网

目录 摘要..................................................................................................................................................1 关键词..................................................................................................................................................1 abstract.................................................................................

光纤通信-光源及光发射机

介绍该课题组近两年在光子晶体光纤超连续谱方面的主要研究成果,包括基于连续波泵浦研制全光纤化超连续谱源,利用级联一段高非线性正常色散光纤,通过光纤的受激拉曼散射效应实现超连续谱的平坦化;基于皮秒锁模光纤激光器实现全光纤化5w输出超连续谱源;拉制一段145m的锥形光子晶体光纤,利用自制的纳秒光纤激光器与锥形光子晶体光纤熔接,制备输出功率2.2w的宽带超连续谱源;利用自制的网状光子晶体光纤和全固态光子带隙光纤,分别研究亚微米薄壁上偏振相关的超连续谱产生,以及基于四波混频效应产生的超连续谱.

使用钛宝石飞秒激光器抽运一根长30cm的光子晶体光纤,产生了从可见到近红外区的超连续谱,波长范围为465~2500nm,光谱展宽范围达到了2000nm以上,同时研究了超连续谱产生的机制.

高功率光纤激器

报道了一个全光纤主振荡功率放大(mopa)结构的窄线宽掺铥连续光纤激光器,该高功率光纤激光器由窄线宽连续光纤激光种子源和两级包层抽运掺铥光纤放大器组成。激光种子源经过两级双包层掺铥光纤放大器后,最大平均输出功率为120w,功率放大器的斜率效率高达60%,输出激光的中心波长为1986nm,3db光谱带宽为0.48nm,平均输出功率未能进一步提高仅受限于最大抽运功率。此外,利用该两级掺铥光纤放大器,得到了平均输出功率为122w的宽带超荧光光源,放大后的超荧光源的中心波长为1990nm,3db光谱带宽为25nm。

超连续谱光源在很多领域具有广泛而重要的应用,过去40多年一直是国际研究热点之一。但一方面由于普通双包层光纤与光子晶体光纤模场不匹配会导致较高的熔接损耗和耦合损耗;另一方面受高质量超快光纤脉冲激光器输出平均功率的限制,目前超连续谱光源的最高输出平均功率只有50w。报道了一种全光纤结构的超连续谱光源,输出平均功率为70w。由于整个装置采用一种新的超连续谱形成机制,较好解决了普通双包层光纤与光子晶体光纤由于模场不匹配导致的较高熔接损耗和耦合损耗;降低了对脉冲泵浦源光谱质量的要求。

大功率、高能量、窄脉冲激光与光纤之间的耦合对激光的应用有着重要的作用。但是,由于光纤端面具有一定的损伤阈值,利用透镜实现上述耦合是十分困难的。本文通过分析光纤端面的损伤机理,设计了一种伞形端头光源-光纤耦合器,实现了大功率(10mw),高能量(20mj),窄脉冲(20ns),高频电光调qnd∶yag激光与光纤之间的耦合,耦合效率达到80%以上

光纤通信系统主要由光发射机、光纤传输线路和光接收机三个部分组成。光发射机用于电信号的发射、光纤传输线路用于光信号传输、光接收机用于光信号接收。本文主要讨论光源、光纤、光探测器对光纤通信性能的影响。

采用四级主振荡功率放大(mopa)结构,研制了高功率全光纤掺镱皮秒光纤激光器。种子源采用基于非线性偏振旋转(npr)效应的被动锁模光纤激光器,中心波长为1062.8nm,重复频率为17.51mhz,谱线宽度为5nm,平均功率为7.14mw。为了抑制功率放大过程中的非线性效应,通过全光纤重复频率扩展器将种子脉冲激光的重复频率提高到281.7mhz。主功率放大级以长度为4.8m的大模场面积掺镱双包层光纤作为增益介质。在抽运功率为60w时,获得的最大平均输出功率为31.2w,光光转换效率为52%。输出激光脉冲的中心波长为1063.7nm,脉冲宽度为10.2ps,重复频率为281.7mhz,谱线宽度为7nm,并对激光脉冲的时域和频域特性进行了分析。

光源良好的平均波长稳定性是保证光纤陀螺标度因子稳定性的重要条件。而光纤光源平均波长的变化主要源于环境温度的变化。为了使光源获得更好的输出特性,需要对光源泵浦温度进行精密控制。文中阐述了一种基于fpga和max1968芯片设计的光纤陀螺用光纤光源泵浦温度自动控制(atc)技术。控制过程中提出了一种新的控制算法--递进式pid。与传统pid算法相比,递进式pid算法的最大特点是其各个参数可以随外界环境而变化。经试验测定,泵浦的温度稳定性能够稳定在±0.03℃以内,因而泵浦具有很好的平均波长稳定性。

窄线宽多波长光纤光源是光纤传感系统中的重要光源,可同时为多路复用技术中的传感器阵列提供所需的多个工作波长.为此对多波长光纤光源的稳态输出进行了数值模拟,理论分析了未泵浦掺铒光纤长度对输出线宽的窄化作用.同时实验构建了一种带有单程反馈和线宽窄化机制的多波长光纤光源,测量分析了这2种机制以及激光腔输出耦合比对多波长输出结果的影响.实验实现功率谱不平坦度<±3,db时,多波长个数可达27个,3,db线宽约0.06,nm,波长在50,ghz范围内整体连续可调.

理论分析了纤芯错位对激光输出功率及光束质量的影响,研究表明,纤芯错位后纤芯中的各个模式均有一定的功率衰耗,且基模总会向高阶模耦合,导致光束质量下降。采用20/400μm的双包层掺镱光纤,搭建了高功率全光纤激光振荡系统,实验研究了谐振腔外纤芯错位、谐振腔内纤芯错位以及谐振腔内和谐振腔外纤芯同时错位几种不同的情况对输出激光性能的影响,结果表明,谐振腔内纤芯错位和谐振腔外纤芯错位都会造成激光器性能的下降,但谐振腔内纤芯错位将导致激光器功率明显下降,而谐振腔内和谐振腔外同时错位会导致激光器光束质量急剧下降。

参数单位要求 工作波长nm1310 工作带宽nm±40 反射率％70-50 温度相关损耗 db ≤0.20 ≤0.10 光损伤阈值mw300 最大拉伸强度n5.0 工作温度℃-40～+70 贮存温度℃-55～+85 尾纤长度cm10 封装尺寸mm裸纤 尾纤类型/125/250μm（普通单模光纤） 备注：温度相关损耗是指工作温度范围内，反射光功率的变化量。

报道了高功率、窄线宽、全光纤结构的2μm波段掺铥连续光纤激光器。该掺铥连续光纤激光器采用了主振荡功率放大(mopa)结构设计,通过采用790nm的多模半导体激光器抽运双包层单模掺铥光纤,获得了稳定的中心波长为1963nm的窄线宽、连续激光输出,最大输出功率为20mw。利用该低功率连续激光作为种子源经过两级掺铥光纤放大器后,平均输出功率达到了22w,相应的斜率效率为44%,激光中心波长为1963nm,3db光谱线宽仅为0.24nm。

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