毫米波论文：毫米波单纵模光纤激光器光外差光纤光栅F-P腔光纤双折射
毫米波论文：毫米波单纵模光纤激光器光外差光纤光栅
F-P腔光纤双折射
【中文摘要】随着无线通信技术的迅猛发展和对实时的多媒体宽带业务需求的不断增加,现代通信方式必将朝着超高速率、超大容量的方向发展,这就要将通信频率提高到毫米波频段,以提供更大的传输带宽。虽然毫米波通信传输容量大,但无法在大气中实现远距离通信,伴随光纤通信的迅速发展,将光纤通信技术和毫米波通信技术相结合的射频光纤传输(RoF)通信系统应运而生。RoF系统的关键技术之一就是利用光子方法产生微波、毫米波信号,其中,光外差技术以其优良特性而成为最具潜力的光生毫米波方案。本文就基于单纵模双波长DBR光纤激光器,利用光外差法产生毫米波信号的技术进行了一系列的理论和实验研究。本文的主要工作内容及创新点如下：第一、对光纤激光器基础理论和光外差法产生毫米波信号的原理进行了详细的研究；第二、提出了一种基于光纤光栅F-P腔的单纵模双波长DBR 光纤激光器光外差产生毫米波信号的技术方案并进行了实验研究。对光纤光栅和光纤光栅F-P腔进行了深入研究,搭建实验装置,实际输出单纵模双波长激光,其波长为1546.608nm和1546.688nm,波长间隔0.08nm,边模抑制比大于40dB,光差拍产生毫米波信号的频率为
10.5GHz,...
【英文摘要】With the rapid development of wireless
锁模激光器
西安邮电大学光电子技术及应用 锁模激光器 班级：软件1103班 学号：04113098 院（系）：计算机学院
姓名：刘歌歌 2013年12月8日 一、摘要 本文主要介绍了锁模的基本原理和应用前景，并简单介绍了锁模激光器。 二、关键词：锁模激光器，工作原理，应用和前景 三、引言 如果在激光谐振腔内不加入任何选模装置，那么激光器的输出谱线是由许多分立的，由横纵模确定的频谱组成的。锁模就是将多纵模激光器中各纵模的初相位关系固定,形成等时间间隔的光脉冲序列。使各纵模在时间上同步，频率间隔也保持一定，则激光器将输出脉宽极窄、峰值功率很高的超短脉冲。 发展前景： 目前,最为广泛使用的一种产生飞秒激光脉冲的克尔透镜锁模（Kerr Lensmode locking)技术是一种独特的被动锁模方法。科尔透镜锁模实际上是利用了材料的折射率随光强变化的特性使得激光器运转中的尖峰脉冲得到的增益高出连续的背景激光增益，从而最终实现短脉冲输出。一台激光器实现锁模运转后，在通常情况下，只有一个激光脉冲在腔内来回传输，该脉冲每到达激光器的输出镜时，就有一部分光通过输出镜耦和到腔外。因此，锁模激光器的输出是一个等间隔的激光脉冲序列。相邻脉冲间的时间间隔等于光脉冲在激光腔内的往返时间，即所谓腔周期。一台锁模激光器所产生的激光脉冲的宽度是否短到飞秒量级主要取决于腔内色散特性、非线性特性及两者间的相互平衡关系。而最终的极限脉宽则受限于增益介质的光谱范围。衡量一台飞秒激光器的重要技术指标为：脉冲宽度、平均功率和脉冲重复频率。 此外，还有谱宽与脉宽积，脉冲的中心波长，输出光斑大小，偏振方向等。脉冲重复频率实际上告诉我们了激光脉冲序列中两相邻脉冲间的间隔。由平均功率和脉冲重复频率可求出单脉冲能量，由单脉冲能量和脉冲宽度可求出脉冲的峰值功率。 四、锁模激光器的原理 1、多模激光器的输出特性
光纤激光器原理
光纤激光器原理 光纤激光器主要由泵浦源，耦合器，掺稀土元素光纤，谐振腔等部件构成。泵浦源由一个或多个大功率激光二极管阵列构成，其发出的泵浦光经特殊的泵浦结构耦合入作为增益介质的掺稀土元素光纤，泵浦波长上的光子被掺杂光纤介质吸收，形成粒子数反转，受激发射的光波经谐振腔镜的反馈和振荡形成激光输出。 光纤激光器特点 光纤激光器以光纤作为波导介质，耦合效率高，易形成高功率密度，散热效果好，无需庞大的制冷系统，具有高转换效率，低阈值， 光纤激光器原理图1: 峰值功率：脉冲激光器，顾名思义，它输出的激光是一个一个脉
冲，每单个脉冲有一个持续时间，比如说10 ns(纳秒)，一般称作单个脉冲宽度，或单个脉冲持续时间，我们用t 表示。这种激光器可以发出一连串脉冲，比如，1 秒钟发出10 个脉冲，或者有的就发出一个脉冲。这时，我们就说脉冲重复(频)率前者为10，后者为1，那么，1 秒钟发出10 个脉冲，它的脉冲重复周期为0.1 秒，而1 秒钟发出1 个脉冲，那么，它的脉冲重复周期为1 秒，我们用T 表示这个脉冲重复周期。 如果单个脉冲的能量为E，那么E/T 称作脉冲激光器的平均功率，这是在一个周期内的平均值。例如， E = 50 mJ(毫焦)，T = 0.1 秒，那么，平均功率P平均= 50 mJ/0.1 s = 500 mW。 如果用 E 除以t，即有激光输出的这段时间内的功率，一般称作峰值功率(peak power)，例如，在前面的例子中E = 50 mJ, t = 10 ns, P峰值= 50 ×10^(-3)/[10×10^(-9)] = 5×10^6 W = 5 MW(兆瓦)，由于脉冲宽度t 很小，它的峰值功率很大。 脉冲能量E=1mj 脉宽t=100ns 重复频率20-80K 脉冲持续时间T=1s/2k=？秒 平均功率P=E/T=0.001J/0.00005s=20W P峰值功率=E/t 激光的分类： 激光按波段分，可分为可见光、红外、紫外、X光、多波长可调谐，目前工业用红外及紫外激光。例如CO2激光器10.64um红外
基于PCF实现稳定输出的主动锁模光纤激光器
基于PC F实现稳定输出的主动锁模光纤激光器** 王芬,陈达如**,秦山,何赛灵 (浙江大学光通信联合研究中心,现代光学仪器国家重点实验室光及电磁波研究中心,浙江杭州310058) 摘要:提出了一种利用高非线性光子晶体光纤(PCF)来稳定主动锁模光纤激光器的方法,理论分析了激光器中PCF的非线性偏振旋转效应(NPR),阐明了激光器稳定的短脉冲输出机理,获得了重复率为5GHz、脉宽为44 ps的稳定短脉冲输出。本文建议的激光器能用于如光码分多址(OCDMA)通信系统等诸多领域。 关键词:光子晶体光纤(PCF);非线性;主动锁模;光纤激光器;光码分多址(OCDMA) 中图分类号:TN253文献标识码:A文章编号:1005-0086(2007)09-1052-03 A ctively Mode-Lock ed S tab ilized Fib er Lasers B ased on High ly Nonlinear P C F W ANG Fen,CH EN Da-ru**,QIN Shan,HE Sa-i ling (Center for Optical and Electromagnetic Research,State K ey L abo ratory of M odern Optical Instrumentation,Joint Research Center of Opti cal Communications of Zhejiang U niversity,Zhejiang Uni versi ty,Hangzhou310058,China) A bs tra ct:Actively mode-locked fiber lasers that are stabilized with a highly nonlinear photonic crystal fiber are proposed.T he nonli near polarization rotation effect of the photonic crystal fiber is theoretically analyzed,and the stabilization mechani sm of short pulse lasing is explained.Stable pulse output with a pulse wid th of about44p s and a repetition rate of5GHz is a-chi eved experi mentally.The proposed stable fiber laser can be used in an OCDMA system. Key words:photonic crystal fiber(PCF);nonlinear;actively mode-locked;fiber laser;OCDMA 1引言 稳定的高重复率的短脉冲光源在光通信、信息光电子和非线性光学等研究领域都有重要的应用价值[1~4]。特别是光通信领域中,光码分多址(OCDMA)具有高速的光信号处理、软容量及安全可靠等特点,因而将成为高速、大容量光纤通信的最佳可选方案之一,而稳定的高重复率的短脉冲光源的研究则是OCDMA目前亟待解决的关键问题之一[5]。目前,获得短脉冲的技术主要有锁模光纤激光器、半导体锁模激光器、连续分布反馈(DFB)半导体激光器和增益开关DFB激光器。其中:后两种技术要直接获得较短脉冲比较困难,往往需要经过复杂的脉冲压缩;半导体激光器虽有容易获得超短脉冲的优点,但存在设备复杂、性能不稳定等缺点。所以易产生高重复率、高质量脉冲且与全光通信系统兼容性佳的锁模光纤激光器被认为是未来高速光纤通信的首选理想信号源[6]。Matsas等[7]首次提出非线性偏振旋转效应(NPR)在光纤激光器中的应用,提高了脉冲稳定性,而且系统具有结构简单易实现的优点。Abedin 等[8]利用具有正色散和负色散的光纤构成环形腔,通过调节各段光纤的长度改变腔内的平均色散值,得到重复频率为220 MH z、脉宽为125fs的短脉冲输出。在利用光纤非线性效应的实验中要用到较长的单模光纤或色散位移光纤来积累非线性的效果[9],但较长的光纤很容易受到外界环境变化产生的干扰,因此会导致整套系统的稳定性变差。近来研究较多的高非线性光子晶体光纤(PCF)的非线性系数可达到普通色散位移光纤的10倍乃至更高,相应长度就可以短很多,因而在锁模光纤激光器中采用高非线性PCF有利于改善系统稳定性[10]。本文首次提出并演示了基于高非线性PCF的主动锁模光纤激光器。利用高非线性PCF的NPR恰好兼顾了结构简单和稳定性好两方面优点,成功获得了重复率为5GHz、脉宽为44ps的短脉冲。该光纤激光器具有结构简单易实现、调整方便且光脉冲的稳定性好等优点,可以作为OCDMA通信系统的信号源。 2原理 主动锁模光纤激光器主要是采取谐波锁模的方法。在谐波锁模情况下,加在调制器上的射频(RF)和驱动信号频率f m 等于激光器谐振腔基频f c的整数倍,即有f m=mf c(m为整数)。此时,主动锁模光纤激光器内的脉冲每次经过调制器时都获得最大的透过率,从而不断被压窄并形成锁模光脉冲。谐波锁模情况下腔模并不是与其相邻的纵模锁定在一起,而是与其相邻N个腔模间隔的模锁定在一起,每组相互锁定的模式称为/超模0。激光器中存在许多组超模,超模间的竞争及驰豫 光电子#激光 第18卷第9期2007年9月Journal of O p toelectronics#Laser Vo l.18No.9Sep.2007 *收稿日期:2006-08-28修订日期:2007-03-03 *基金项目:国家自然科学基金资助项目(60277018,60407011);浙江省人才基金资助项目(R10415) **E-m ail:daru@https://www.wendangku.net/doc/9e18918789.html,
光纤激光器的特点与应用
光纤激光器的特点与应用 光纤激光器是在EDFA技术基础上发展起来的技术。近年来，随着光纤通信系统的极大的应用和发展，超快速光电子学、非线性光学、光传感等各种领域应用的研究已得到日益重视。光纤激光器在降低阂值、振荡波长范围、波长可调谐性能等方面，已明显取得进步。它是目前光通信领域的新兴技术，它可以用于现有的通信系统，使之支持更高的传输速度，是未来高码率密集波分复用系统和未来相干光通信的基础。 1.光纤激光器工作原理 光纤激光器主要由三部分组成:由能产生光子的增益介质、使光子得到反馈并在增益介质中进行谐振放大的光学谐振腔和可使激光介质处于受激状态的泵浦源装置。光纤激光器的基本结构如图1所示。 掺稀土元素的光纤放大器推动了光纤激光器的发展，因为光纤放大器可以通过适当的反馈机理形成光纤激光器。当泵浦光通过光纤中的稀土离子时，就会被稀土离子所吸收，这时吸收光子能量的稀土原子电子就会激励到较高激射能级，从而实现离子数反转。反转后的离子数就会以辐射形式从高能级转移到基态，并且释放出能量，完成受激辐射。从激发态到基态的辐射方式有两种，即自发辐射和受激辐射，其中受激辐射是一种同频率、同相位的辐射，可以形成相干性很好的激光。激光发射是受激辐射远远超过自发辐射的物理过程，为了使这种过程持续发生，必须形成离子数反转，因此要求参与过程的能级应超过两个，同时还要有泵浦源提供能量。光纤激光器实际上也可以称为是一个波长转化器，通过它可以将泵浦波长光转化为所需的激射波长光。例如掺饵光纤激光器将980nm的泵浦光进行泵浦，输出1550nm的激光。激光的输出可以是连续的，也可以是脉冲形式的。 光纤激光器有两种激射状态，三能级和四能级激射。三能级和四能级的激光原理如图2所示，泵浦(短波长高能光子)使电子从基态跃迁到高能态E4或者E3，然后通过非辐射方式跃迁过程跃迁到激光上能级E43或者E3 2，当电子进一步从激光上能级跃迁到下能级E扩或者E3，时，就会出现激光的过程。
-锁模激光器
东北石油大学课程设计 2013年3 月8 日
东北石油大学课程设计任务书 课程光电子技术基础课程设计 题目锁模激光器的设计 专业电子科学与技术姓名学号04 主要内容、基本要求、主要参考资料等 1、主要内容： 设计一锁模激光器，说明所设计的锁模激光器的基本原理、给出所设计的锁模激光器的结构、所使用的材料。 2、基本要求： 说明该锁模激光器的性能参数，撰写报告。 3、主要参考资料： [1]江涛,激光与光电子学进展,北京,电子工业出版社,2000年(8) 40-43 [2]贾正根,半导体报,北京,电子工业出版社,2000年6月第37卷(3)45-47 [3]周炳琨等,激光原理,第5版,北京,国防工业出版社,2004年8月 [4]马养武等,光电子学,第2版,杭州,浙江大学出版社,2003年3月 完成期限2013.3.4 ~2013.3.8 指导教师 专业负责人 2013年3 月4 日
目录 第1章概述 (4) 第2章锁模激光器的原理 (2) 2.1 锁模的基本原理 (4) 2.1.1锁模脉冲的特征 (4) 第3章锁模方式 (8) 3.1 主动锁模 (8) 3.1.1损耗内调制锁模 (8) 3.1.2相位内调制锁模 (9) 3.1.3主动锁模激光器的结构 (9) 3.2 被动锁模 (10) 第4章锁模光纤激光器设计 (13) 4.1 锁模光纤激光器基本结构 (13) 4.2 锁模光纤激光器设计 (13) 结论 (11) 参考文献 (12)
第1章概述 锁模就是将多纵模激光器中各纵模的初相位关系固定,形成等时间间隔的光脉冲序列。使各纵模在时间上同步，频率间隔也保持一定，则激光器将输出脉宽极窄、峰值功率很高的超短脉冲。实现锁模的方法有很多种，但一般可以分成两大类：即主动锁模和被动锁模。主动锁模指的是通过由外部向激光器提供调制信号的途径来周期性地改变激光器的增益或损耗从而达到锁模目的；而被动锁模则是利用材料的非线性吸收或非线性相变的特性来产生激光超短脉冲。 目前,最为广泛使用的一种产生飞秒激光脉冲的克尔透镜锁模（Kerr Lens mode locking)技术是一种独特的被动锁模方法。科尔透镜锁模实际上是利用了材料的折射率随光强变化的特性使得激光器运转中的尖峰脉冲得到的增益高出连续的背景激光增益，从而最终实现短脉冲输出。一台激光器实现锁模运转后，在通常情况下，只有一个激光脉冲在腔内来回传输，该脉冲每到达激光器的输出镜时，就有一部分光通过输出镜耦和到腔外。因此，锁模激光器的输出是一个等间隔的激光脉冲序列。相邻脉冲间的时间间隔等于光脉冲在激光腔内的往返时间，即所谓腔周期。一台锁模激光器所产生的激光脉冲的宽度是否短到飞秒量级主要取决于腔内色散特性、非线性特性及两者间的相互平衡关系。而最终的极限脉宽则受限于增益介质的光谱范围。衡量一台飞秒激光器的重要技术指标为：脉冲宽度、平均功率和脉冲重复频率。 此外，还有谱宽与脉宽积，脉冲的中心波长，输出光斑大小，偏振方向等。脉冲重复频率实际上告诉我们了激光脉冲序列中两相邻脉冲间的间隔。由平均功率和脉冲重复频率可求出单脉冲能量，由单脉冲能量和脉冲宽度可求出脉冲的峰值功率。
调Q光纤激光器结构示意图和MOPA光纤激光器结构示意图.
调Q光纤激光器和普通的调Q激光器一样，都是在激光谐振腔内插入Q开关器件，通过周期性改变腔损耗，实现调Ｑ激光脉冲输出。Ｑ开关是被广泛采用的产生短脉冲的激光技术之一。 现状： 调Q光纤激光器在许多领域都有着广泛应用，大功率是调Q光纤激光器的一个发展方向。全光纤化也是调Ｑ光纤激光器发展的一个重要趋势，人们陆续研发出一些全光纤的Q开光来代替传统的声光与电光调制器，大大地降低了激光器的插入损失。 用于光纤激光器的调Ｑ技术大致可以分为光纤型调;和非光纤型调Ｑ两类。非光纤型调Ｑ有光调Ｑ、电光调Ｑ、机械转镜调Ｑ和可饱和吸收体调Ｑ等。 非光纤型调Ｑ： 1.声光调Q激光器：
2.电光调Q激光器：
3.可饱和吸收体调Q激光器： 光纤型调Q装置 光纤型调Q装置有光纤迈克尔逊干涉仪调Q、光纤马赫
一曾特尔干涉仪调Q和光纤中的受激布里渊散射（ＳＢＳ）调Ｑ光纤激光器等。下面介绍混合调Q和脉冲泵浦受激布里渊散射混合调Q光纤激光器。 混合调Q光纤激光器 如图所示 得到了峰值功率3.7KW，脉宽2m的脉冲激光输出。 实验中选用掺钕双包层光纤作增益介质，光纤长7.2m,纤芯直径5.1um,数值孔径0.12。内包层为矩形结构,截面尺寸150um*75um。 泵源为800nm、3w激光二极管，有60%的泵光祸合到内包层中。 系统由一个全反镜和一个二向色镜构成驻波谐振腔。在双包层光 纤的输出端接几米长的单模光纤,实现调Q ,得到纳秒量级的激光脉冲。在腔内插人一声光调制器(AQM),使激光脉冲重复频率在6.6KHz-16.4KHZ范围内可调。 脉冲泵浦和受激布里渊散射混合调Q : 在线形腔双包层光纤激光器中,用脉冲泵浦和SBS混合调Q 。 如图所示
光纤激光器的原理及应用
光纤激光器的原理及应用 张洪英 哈尔滨工程大学理学院 摘要：由于在光通信、光数据存储、传感技术、医学等领域的广泛应用，近几年来光纤激光器发展十分迅速，且拥有体积小、重量轻、检测分辨率高、灵敏度高、测温范围宽、保密性好、抗电磁干扰能力强、抗腐蚀性强等明显优势。本文简要介绍了光纤激光器的基本结构、工作原理及特性，并对目前几种光纤激光器发展现状及特点做了分析，总结了光纤激光器的发展趋势。 关键词：光纤激光器原理种类特点发展趋势 1引言 对掺杂光纤作增益介质的光纤激光器的研究20世纪60年代，斯尼泽(Snitzer)于1963年报道了在玻璃基质中掺激活钕离子(Nd3+)所制成的光纤激光器。20世纪70年代以来，人们在光纤制备技术以及光纤激光器的泵浦与谐振腔结构的探索方面取得了较大进展。而在20世纪80年代中期英国南安普顿大学掺饵(EI3+)光纤的突破，使光纤激光器更具实用性，显示出十分诱人的应用前景[1]。 与传统的固体、气体激光器相比，光纤激光器具有许多独特的优越性，例如光束质量好，体积小，重量轻，免维护，风冷却，易于操作，运行成本低，可在工业化环境下长期使用；而且加工精度高，速度快，寿命长，省能源，尤其可以智能化，自动化，柔性好[2-3]。因此，它已经在许多领域取代了传统的Y AG、CO2激光器等。 光纤激光器的输出波长范围在400~3400nm之间,可应用于：光学数据存储、光学通信、传感技术、光谱和医学应用等多种领域。目前发展较为迅速的掺光纤激光器、光纤光栅激光器、窄线宽可调谐光纤激光器以及高功率的双包层光纤激光器。 2光纤激光器的基本结构与工作原理 2.1光纤激光器的基本结构 光纤激光器主要由三部分组成：由能产生光子的增益介质、使光子得到反馈并在增益介质中进行谐振放大的光学谐振腔和可使激光介质处于受激状态的泵浦源装置。光纤激光器的基本结构如图2.1所示。
光纤激光器工作原理及发展
光纤激光器的工作原理及其发展前景 1 引言 光纤激光器于1963年发明，到20世纪80年代末第一批商用光纤激光器面市，经历了20多年的发展历程。光纤激光器被人们视为一种超高速光通信用放大器。光纤激光器技术在高速率大容量波分复用光纤通信系统、高精度光纤传感技术和大功率激光等方面呈现出广阔的应用前景和巨大的技术优势。光纤激光器有很多独特优点，比如：激光阈值低、高增益、良好的散热、可调谐参数多、宽的吸收和辐射以及与其他光纤设备兼容、体积小等。近年来光纤激光器的输出功率得到迅速提高。已达到10—100 kW。作为工业用激光器,现已成为输出功率最高的激光器。光纤激光器的技术研究受到世界各国的普遍重视，已成为国际学术界的热门前沿研究课题。其应用领域也已从目前最为成熟的光纤通讯网络方面迅速地向其他更为广阔的激光应用领域扩展。本文简要介绍了光纤激光器的结构、工作原理、分类、特点及其研究进展，最后对光纤激光器的发展前景进行了展望。 2 光纤激光器的结构及工作原理 2.1光纤激光器的结构 和传统的固体、气体激光器一样。光纤激光器基本也是由泵浦源、增益介质、谐振腔三个基本的要素组成。泵浦源一般采用高功率半导体激光器(LD)，增益介质为稀土掺杂光纤或普通非线性光纤，谐振腔可以由光纤光栅等光学反馈元件构成各种直线型谐振腔，也可以用耦合器构成各种环形谐振腔泵浦光经适当的光学系统耦合进入增益光纤，增益光纤在吸收泵浦光后形成粒子数反转或非线性增益并产生自发辐射所产生的自发辐射光经受激放大和谐振腔的选模作用后．最终形成稳定激光输出。图1为典型的光纤激光器的基本构型。 增益介质为掺稀土离子的光纤芯，掺杂光纤夹在2个仔细选择的反射镜之间．从而构成F—P谐振器。泵浦光束从第1个反射镜入射到稀土掺杂光纤中．激射输出光从第2个反射镜输出来。 2.2 光纤激光器的工作原理 掺稀土元素的光纤放大器促进了光纤激光器的发展，因为光纤放大器可以通过适当的反馈机理形成光纤激光器。当泵浦光通过光纤中的稀土离子时．就会被稀土离子所吸收。这时吸收光子能量的稀土原子电子就会激励到较高激射能级，从而实现离子数反转，反转后的离子数就会以辐射形式从高能级转移到基态，并且释放出能量，完成受激辐射。从激发态到基态的辐射方式有2种：自发辐射和受激辐射。其中，受激辐射是一种同频率、同相位的辐射，可
被动调Q锁模掺镱光纤激光器
第33卷 第8期2006年8月 中 国 激 光 C H IN ESE J OU RNAL O F L ASERS Vol.33,No.8 August ,2006 文章编号:025827025(2006)0821021204被动调Q 锁模掺镱光纤激光器 甘 雨1,2,向望华1,2,周晓芳1,2,张贵忠1,2,张 喆1,2,王志刚 1,2 (天津大学1精密仪器与光电子工程学院, 2 教育部光电信息技术科学重点实验室,天津300072) 摘要 报道了基于偏振旋转技术等效快可饱和吸收体的被动调Q 锁模光纤激光器,采用976nm 半导体激光器作为抽运源,高掺杂浓度的Yb 3+光纤作为增益介质构成环形腔,通过调节抽运光功率和偏振控制器的角度得到了调 Q ,调Q 锁模与锁模三种稳定的输出脉冲。获得的锁模脉冲中心波长为1.05μm ,重复频率为20M Hz ,脉冲光谱宽 度为13.8nm ,抽运功率为270mW 时,锁模平均输出功率为15.82mW ;调Q 频率为17.54k Hz ,调Q 脉冲宽度为 8μs ,光谱宽度为4.7nm ;调Q 锁模中调Q 重复频率为300k Hz 。 关键词 激光器;调Q;锁模;偏振旋转;Yb 3+光纤激光器中图分类号 TN 248.1 文献标识码 A Passive Q 2Switching and Modelocking Yb 3+2Doped Fiber Laser GAN Yu 1,2,XIAN G Wang 2hua 1,2,ZHOU Xiao 2fang 1,2,ZHAN G Gui 2zhong 1,2,ZHAN G Zhe 1,2,WAN G Zhi 2gang 1,2 1 College of Precision I nst rument and O ptoelect ronics Engineering , 2 Key L aboratory of O ptoelect ronics I nf ormation and Technical S cience (M inist ry of Education ),Tianj in Universit y ,Tianj in 300072, China Abstract An all fiber laser based upon nonlinear polarization rotation as an effective fast saturable absorber for mode 2locking is reported.The absorber can act as passive Q 2switching and modelocking.The ring laser with a highly Yb 3+2doped fiber as the gain medium ,pumped by a semiconductor laser of 976nm wavelength ,can operate in three different stable regimes by proper adjustments of pump power and polarizer orientations :Q 2switched ,Q 2switched mode 2locked and continuous wave (CW )mode 2locked.The center wavelength of the CW mode 2locked pulse is 1.05μm with a f ull width at half maximum (FW HM )spectrum of 13.8nm ,the pulse repetition rate is 20M Hz ,and an average output power is 15.82mW with 270mW pump power.In Q 2switched regime ,the laser generates 8μs duration pulses of 4.7nm FW HM spectrum at a repetition rate of 17.54k Hz.The Q 2switched repetition rate is 300k Hz in Q 2switched mode 2locked regime.K ey w ords lasers ;Q 2switched ;mode 2locked ;polarization rotation ;Yb 3+fiber laser 收稿日期:2005212201;收到修改稿日期:2006202227 基金项目:天津市科委基金(043601011)和高等学校博士学科点专项科研基金(20050056004)项目资助。 作者简介:甘 雨(1978— ),男,黑龙江牡丹江人,天津大学精密仪器与光电子工程学院博士研究生,主要从事超短脉冲激光器和超高速光通信的研究。E 2mail :rainmangy @https://www.wendangku.net/doc/9e18918789.html, 导师简介:向望华(1947— ),男,湖南溆浦人,天津大学精密仪器与光电子工程学院教授,博士生导师,目前研究方向为光电子技术、超快激光与光通信技术方面的研究。E 2mail :wanghuaxiang @https://www.wendangku.net/doc/9e18918789.html, 1 引 言 稳定、低噪声的超短脉冲光源在超快光谱学、多光子显微学、超快生物学和光通信等领域具有很重要的应用价值。锁模光纤激光器以其结构紧凑、小型化、成本低、易于实现全固化等优良的性能有望在许多应用中替代传统的固体锁模激光器。基于以上的特点,在过去的10年中,锁模光纤激光器得到了 极大的发展,大量的研究工作主要围绕掺铒光纤和 掺钕光纤进行[1～3]。近年来,同其他掺杂粒子相比,以镱元素作为增益粒子的掺镱光纤具有高的量子效率,没有基态和激发态吸收,长的上能级寿命,宽的吸收谱,在915nm 和976nm 处具有吸收峰,高掺杂时无浓度淬灭,便于半导体激光器抽运等优点,将取代掺钕光纤,成为1μm 波段的主要工作物质。在超
谐波锁模光纤激光器脉冲振幅数值分析
谐波锁模光纤激光器脉冲振幅数值分析1 张静，曹志刚，徐峰，叶勇，张瑞珏，王保三，俞本立 安徽大学光电信息获取与控制教育部重点实验室，安徽合肥(230039) E-mail ：jingzhang0311@https://www.wendangku.net/doc/9e18918789.html, 摘 要：详细论证了马赫-曾德尔型调制器调制特性与直流偏置电压和调制深度的关系，精确给出了调制器线性调制范围。通过调节直流偏置电压和调制深度，来控制调制器透射曲线。理论分析得到锁模脉冲振幅均衡的条件是光脉冲序列经过调制器后经历相同的透射系数。在5GHz 调制频率下，采用时域分析法对锁模脉冲序列和调制曲线进行数值研究。用Matlab 软件模拟分析了2～7阶锁模光脉冲序列和调制曲线的时域分布图。数值分析结果表明：线性调制区与非线性调制区均可获得振幅均衡的锁模脉冲；当有理数谐波锁模阶数p >4时，调制深度β变化对脉冲振幅均衡程度影响剧烈。所用物理图像简洁明晰，结果对获得功率均衡的谐波锁模脉冲的实验研究有一定的参考意义。 关键词：激光器；有理数谐波锁模；透射曲线；脉冲振幅均衡 中图分类号： TN248 文献标识码 A 1. 引 言 发展高速、大容量光纤通信系统一直是光通信研究的热点。高速脉冲光源对实现未来超高速光通信至关重要。主动锁模光纤激光器因其具有可输出变换极限、啁啾小、调谐范围大、高重复频率脉冲等优点，逐渐引起人们的关注。1993年，Onodera 等人最先报道了有理数谐波锁模技术[1]，细微调整调制频率使得调制频率为(m±1/p)f bsc ，得到重复频率为(mp±1)f bsc 的脉冲输出。其中f bsc 为谐振基频，m, p 为任意整数。有理数谐波锁模技术可以突破调制器带宽的限制产生更高频率的超短脉冲。E. Yoshida 等人得到频率高达200GHz 的锁模脉冲[2]。有理数谐波锁模技术由于存在频率失谐，只有二阶有理数谐波锁模可以得到振幅均衡稳定的锁模脉冲序列。但实际应用的光源应是脉冲振幅均衡的稳定锁模脉冲序列，因此使有理数谐波锁模技术实用化的关键问题是解决高阶有理数谐波锁模脉冲振幅不均衡。目前，主要有以下几种方案:非线性环形镜(NOLM)[3]、半导体光放大环形镜(SOA)[4]、非线性偏振旋转技术(NPR)[5]和光反馈[6]等来实现脉冲振幅均衡。本文通过同时调节直流偏置电压和调制深度[7]，使两者获得最佳匹配，来实现脉冲振幅均衡。文中详细论证了调制器调制特性与直流偏置电压和调制深度的关系，精确给出了调制器线性调制范围。在5GHz 调制频率下，采用时域分析法对锁模脉冲序列和调制曲线进行数值研究。用Matlab 软件模拟分析了2～7阶锁模脉冲序列和调制曲线的时域分布图。结果表明：在线性调制区与非线性调制区均可获得振幅均衡的锁模脉冲，当有理数谐波锁模阶数p >4时，调制深度变化对脉冲振幅均衡程度影响剧烈。 2. 马赫-曾德尔型调制器的调制特性 加在马赫-曾德尔型调制器上的电压可表示为[7] ()mod sin(2)bias ac V t V V f t πφ=++ (1) 其中bias V 为偏置电压，ac V 是频率为mod f 的正弦射频信号的电压幅值。φ为射频信号初始相 1 本课题得到安徽省优秀青年基金资助项目资助(04042045)
DFB光纤激光器国内外发展状况
我国国内光纤激光器目前己经得到一定程度的发展，国内的一些单位如上海光机所、清华大学、北京邮电大学、华中科技大学、中国科技大学、天津大学等从八十年代末进入光纤激光器的研究领域，经过努力获得了一定进展。国内开展光纤激光器和放大器方面的研究是从80 年代末和90 年代初开始的，首先在上海硅酸盐研究所、天津46 所、上海光机所、西安光机所、清华大学、北京邮电大学等国内多见科研单位开展了掺饵光纤的研制及光纤激光器的研究，并取得了阶段性的成果[l5] 。南开大学、上海光学精密机械研究所在双包层光纤布拉格(Bragg)光栅激光器方面取得了开创性成果[16],烽火通信科技股份有限公司与上海光 机所于2005 年合作，顺利研制出输出功率高达440W 的掺臆双包层光纤激光器[17]，随后中国兵器装备研究院报道了突破IKW 功率的光纤激光器，清华大学在多波长光纤激光器和锁模脉冲光纤激光器方面做了很多有进展性的工作[ 1 8-20] ，总体来说，由于国内光纤激光器的研究受到基础条件方面的制约，同国际的研究水平还有相当大的差距。国外有多个研究机构人员对DBR 和DFB 光纤激光器开展了全面的研究。其中G.A.Ball 所在的EastHartford 联合科技研究中心最先开展了将光栅直接写在掺杂光纤上形成腔结构，泵浦光源通过WDM 对 其进行泵浦而得到激光输出，从而实现所谓DBR 型光纤激光器[21-23] 。由于作为干涉光源以及传感等应用的背景，对单频操作DBR 的研究广泛的开展起来。利用短腔长高掺杂的DBR 、复合腔结构或DFB 结构等来实现稳定的单频操作一一被提出来。Sigurd 所在的澳大利亚的CRC 光子中心对DFB 光纤激光器进行了动态和多波长操作分析[24-25] ，同时探讨了利用DFB 光纤激光器对声响应的情况，并测试了DFB 光纤激光器对空气中声场的响应;Scott 所在的澳大利亚的国防科学科技组织从理论到实验研究了DFB 光纤激光器的空间模结构和 动态噪声[26-27] ，希望实现基于DFB 光纤激光器的水听器;英国的那安普顿大学的Kuthan 等人从理论上提出了改变DFB 光纤激光器对称结构从而实现提高输出效率降低泵浦域值目的[28] ，同时研究了混合掺杂的DFB 光纤激光器[29]，同样希望将其应用于传感领域。在20 世纪90 年代，世界范围的光纤传感技术呈现出产业化发展的趋势，主要形成了军事和民用两大应用领域，其中包括:国土安全防卫系统、工业安全检测系统以及用于石油化工、生物医学和环境等领域的光纤检测系统。在此同时光纤激光传感技术也开始形成，在1995 年，美国海军实验室的K.P.Koo 等人[30]首次将光纤激光器应用到光纤传感领域，这不仅推动了光纤传感技术的发展，而且标准着光纤激光传感技术的诞生。在此之后许多机构对光纤激光传感技术就开始了深入的研究，并且积极的拓展其应用的领域，如美国海军实验室(NRL) 、英国国防研究局(DERA) 、澳大利亚国防科学与技术组织(DSTO) 和美国利通资源勘探仪器公司(Litto n)等。自从19%年起英国国防研究局(DERA)联合Ast on大学和Kent大学开展了光纤激光水听器的研究[31]，并于2005年报道了8 点光纤激光水听器波分复用技术[32];2006 年澳大利亚国防科学与技术组织(DSTO) 报道的最大规模的单纤16点波分复用光纤激光传感器阵列[33];2007 年美国G.H.Ames 等报道了DFB 光纤激光加速度计[34];2008 年美国海军实验室G.A.Cranch 等报道了DFB 光纤激光磁力计[35] 可以应用于海底微弱磁场的探测。近年来国内光纤传感技术己经进入了工程应用的阶段，并且在光纤激光传感技术方面也取得了一些研究成果。 2011.3.1 DFB 光纤激光器作为本文研究的重点，下面对它的研究进展作一个简要介绍。1972 年美国贝尔实验
锁模激光器的工作原理及其特性
锁模激光器的工作原理及其特性 摘要： 本文主要介绍了锁模的基本原理和实现方法，并简单介绍了锁模激光器。 关键词：锁模，速率方程，工作原理 一、引言 如果在激光谐振腔内不加入任何选模装置，那么激光器的输出谱线是由许多分立的，由横纵模确定的频谱组成的。锁模就是将多纵模激光器中各纵模的初相位关系固定,形成等时间间隔的光脉冲序列。使各纵模在时间上同步，频率间隔也保持一定，则激光器将输出脉宽极窄、峰值功率很高的超短脉冲。 二、锁模的概念 一般非均匀加宽激光器，如果不采取特殊选模措施，总是得到多纵模输出。并且，由于空间烧孔效应，均匀加宽激光器的输出也往往具有多个纵模。每个纵模输出的电场分量可用下式表示 ])-([),(q q z t i q q e E t z E ?υω+= （2.1） 式中，q E 、q ω、q ?为第q 个模式的振幅、角频率及初相位。各个模式的初相位q ?无确定关系，各个模式互不相干，因而激光输出是它们的无规叠加的结果，输出强度随时间无规则起伏。但如果使各振荡模式的频率间隔保持一定，并具有确定的相位关系，则激光器将输出一列时间间隔一定的超短脉冲。这种激光器称为锁模激光器。 假设只有相邻两纵模振荡，它们的角频率差 Ω='=L c q q πωω1-- （2.2） 它们的初相位始终相等，并有01-==q q ??。为分析简单起见，假设二模振幅相等，二模的行波光强I I I q q ==1-。 现在来讨论在激光束的某一位置（设为0=z ）处激光场随时间的变化规律。不难看出，在0=t 时，二纵模的电场均为最大值，合成行波光强是二模振幅和的平方。由于二模初相位固定不变，所以每经过一定的时间0T 后，相邻模相位差便增加了π2，即 πωω2-01-0=T T q q （2.3） 因此当0mT t =时（m 为正整数），二模式电场又一次同时达到最大值，再一次发生二模间
光纤激光器原理与特性详解
光纤激光器原理与特性详解 一、简介 光纤激光器，英文名称为Fiber Laser，是一种以掺稀土元素的玻璃光纤为增益介质来产生激光输出的装置。光纤激光器可在光纤放大器的基础上进行开发，由于光纤激光器中光纤纤芯很细，因此在泵浦光作用下，光纤内部功率密度高，使得激光能级出现“粒子数反转”现象，在此基础上，再通过正反馈回路构成谐振腔，便可在输出处形成激光振荡。
二、结构 光纤激光器的结构类似于传统的固体激光器、气体激光器，主要由泵浦源、增益介质、谐振腔三大部分构成，如下图所示。其中，泵浦源一般为高功率的半导体激光器，增益介质为掺稀土元素的玻璃光纤，谐振腔由耦合器或光纤光栅等构成。 三、原理 在上图中，由泵浦源发出的泵浦光通过一面反射镜耦合进入增益介质中，由于增益介质为掺稀土元素光纤，因此泵浦光被吸收，吸收了光子能量的稀土离子发生能级跃迁并实现粒子数反转，反转后的粒子经
过谐振腔，由激发态跃迁回基态，释放能量，并形成稳定的激光输出。 四、特点 特点一：由于光纤纤芯直径小，在纤芯内容易形成高功率密度，因此光纤激光器具有较高的转换效率、较低的阙值、较高的增益、较窄的线宽、且可方便高效的实现与当前光纤通信系统的连接。 特点二：由于光纤具有很好的柔绕性，因此光纤激光器具有小巧灵活、结构紧凑、性价比较高、且更易于系统的集成的特点。 特点三：与传统的固体激光器、气体激光器相比，光纤激光器的能量转换效率较高、结构较紧凑、可靠性高、且适合大批量的生产。 特点四：与半导体激光器相比，光纤激光器的单色性较好、调制时可产生较小的啁啾和畸变、且与光纤的耦合损耗较小。
和半导体激光器相比，光纤激光器的优越性主要体现在：光纤激光器是波导式结构，可容强泵浦，具有高增益、转换效率高、阈值低、输出光束质量好、线宽窄、结构简单、可靠性高等特性，易于实现和光纤的耦合。 我们可以从不同的角度对光纤激光器进行分类，如根据光纤激光器的谐振腔采用的结构可以将其分为Fabry-Perot腔和环行腔两大类。也可根据输出波长数目将其分为单波长和多波长等。 对于不同类型光纤激光器的特性主要应考虑以下几点： (1)阈值应越低越好; (2)输出功率与抽运光功率的线性要好; (3)输出偏振态; (4)模式结构; (5)能量转换效率;
纵模选择技术
激光器纵模选择技术 1．纵模选择的意义及原则 为了获得好的单色性和相干性的激光束，要求激光以单频振荡，在一般情况下，多横模激光器是一个多频激光器，而多纵模激光器的频率间隔则更大。激光器的振荡纵横数目，由腔长、工作物质的增益线宽和激励水平等因素所决定。因为只有处于增益线宽内的那些纵模频率才有可能真正起振，形成多纵模振荡。某些实际应用，如光通讯、激光全息、精密计量等要求激光具有高单色性、高相干性，必须单频工作，而纵模选择又是单频工作的必要条件。 设由增益线宽和激励水平（阈值）所决定的激光振荡的大致频率范围为Δv，腔所允许的相邻两振荡纵模的频率间隔为δv，则实际起振的纵模数目为Δv/δv。由此可见，减少振荡纵模数（即选纵模）可通过两条途径来实现：一是设法压缩激光器的增益带宽Δv；二是设法增大相邻两振荡纵模之间的频率间隔δv。下述的各种纵模选择方法，均以此为依据。 2．纵模选择的方法 （1）色散腔法。当工作物质具有多条荧光谱线或一条较宽的谱带时，在腔内放入色散棱镜或反射光栅等光学元件，可以进行粗选纵模。使选频振荡的线宽压缩到0.1-1nm左右。 ①棱镜色散腔。在腔内置入色散棱镜，其选频振荡的最窄波长范围，由棱镜角色散和光束发散角所决定。设棱镜顶角为a，光束以最小偏向角δm方式通过棱镜（即光路对称），由于 n=sin[(δm+a)/2]/sina/2 (20-10) 棱镜的角色散率定义为： Dλ=dδm/dλ (20-11) 将式（20－10）求导后则有： Dλ=dδm/dn·dn/dλ=2sina/2/(1-n2sina/2)1/2·dn/dλ (20-12) 为使棱镜的插入损耗减到最小，应使光线入射角i以布儒斯特角iB入射。 则有： sina/2=siniB/n (20-13) 代入（20－12）式，则： Dλ=2siniB/(n2(1-sin2iB))1/2·dn/dλ (20-14) 设腔内振荡光束的发散角为θ，则由棱镜色镜分光作用，腔内激光振荡谱线的最小波长间隔为：
居桂方---He-Ne激光器纵模间隔的测量
He-Ne 激光器纵模间隔的测量 1. 实验目的 用共焦球面扫描干涉仪观察He-Ne 激光器纵模结构并测量其间隔。 2. 基本原理 2.1激光纵模的形成 激光器的三个基本组成部分是增益介质、谐振腔和激励能源。如果用某种激励方式,将介质的某一对能级间形成粒子数反转分布,由于自发辐射和受激辐射的作用,将有一定频率的光波产生,在腔内传播,并被增益介质逐渐增强、放大。被传播的光波决不是单一频率的（通常所谓某一波长的光，不过是光中心波长而已）。因能级有一定宽度，所以光在谐振腔内传播受多种因素的影响，实际激光器输出的光谱宽度是自然增宽、碰撞增宽和多普勒增宽迭加而成。不同类型的激光器，工作条件不同，以上诸影响有主次之分。例如低气压、小功率的He-Ne 激光器632.8nm 谱线，则以多普勒增宽为主，增宽线型基本呈高斯函数分布，宽度约为1500MHz ，只有频率落在展宽范围内的光在介质中传播时，光强将获得不同程度的放大。但只有单程放大，还不足以产生激光，还需要有谐振腔对它进行光学反馈，使光在多次往返传播中形成稳定持续的振荡，才有激光输出的可能。而形成持续振荡的条件是，光在谐振腔中往返一周的光程差应是波长的整数倍，即 2μL ＝q λq （1） 这正是光波相干极大条件，满足此条件的光将获得极大增强，其它则相互抵消。式中，μ是折射率，对气体μ≈1，L 是腔长，q 是正整数，每一个q 对应纵向一种稳定的电磁场分布λq ，叫一个纵模，q 称作纵模序数。q 是一个很大的数，通常我们不需要知道它的数值。而关心的是有几个不同的q 值，即激光器有几个不同的纵模。从式（1）中，我们还可以看出，这也是驻波形成的条件，腔内的纵模是以驻波形式存在的，q 值反映的恰是驻波波腹的数目。纵模的频率为 L c q v q μ2= (2) 同样，一般我们不去求它，而关心的是相邻两个纵模的频率间隔 L c L c v q 221≈=?=?μ (3) 从式中看出，相邻纵模频率间隔和激光器的腔长成反比。即腔越长，Δν纵越小，满足振荡条件的纵模个数越多；相反腔越短，Δν纵越大，在同样的增宽曲线范围内，纵模个数就越少，因而用缩短腔长的办法是获得单纵模运行激光器的方法之一。 以上我们得出纵模具有的特征是：相邻纵模频率间隔相等；对应同一横模的一组纵模，它们强度的顶点构成了多普勒线型的轮廓线。