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国际光纤激光技术最新报道及相关进展情况

导读: 今年,美国西部光电展Photonics West上,在激光技术与工业激光器主题会议的激光源工程分主题会议有关Fiber Lasers XIII:Technology,Systems and Applications的技术讨论。

  今年,在美国加州圣何塞西由美国国际光电学工程协会(SPIE)主办的美国西部光电展Photonics West上,在激光技术与工业激光器(LASE)主题会议的激光源工程(Laser Source Engineering )分主题会议有关Fiber Lasers XIII:Technology,Systems and Applications的技术讨论,目前已经由SPIE整理成第9728卷会议论文集,以下为部分会议论摘要:
  1、美国空军实验室的Iyad Dajani 等人发表题为《窄线宽光纤激光器的数千瓦功率提升与相干合成(特邀文章)》文章。
  文章报道了两个功率约为1.5kW、光光效率和线宽相近的掺镱光纤放大器。一个放大器采用纤芯直径为25 μm的光纤,而另一个放大器所用的光纤纤芯直径为20 μm。两者的受激布里渊散射(SBS)抑制都是通过伪随机位序列(PRBS)相位调制实现的。在更大纤芯芯径的光纤中产生的功率受模式不稳定性(MI)的限制,而在小芯径光纤中没有观察到MI的迹象。这使得作者可能利用模式不稳定性阈值更高的光纤在保持足够窄线宽的同时来进一步提升功率,用于光束合成。 此外,在证明采用施加热梯度结合相位调制的方案可以进一步抑制SBS的实验中,证明了用2GHz的PRBS时钟速率驱动的1千瓦放大器。最后,文章比较了种子分别为PRBS相位调制源和白噪声源的相干合束放大器的性能。
  2、Thorlabs 公司的Reza Salem等人发表题为《用接近2 μm的飞秒光纤激光器泵浦阶跃折射率的铟氟化物光纤产生直到4.6 μm中红外超连续谱》文章。
  文章报道了用接近2 μm的飞秒光纤激光器泵浦色散设计的阶跃折射率铟氟化物光纤,产生中红外超连续谱(SC)。此超连续谱从1.25 μm 到 4.6 μm,跨越1.8个倍频程,平均输出功率为270mW。泵浦源为全光纤飞秒激光,它产生重复率为50 MHz的亚百飞秒激光脉冲,平均功率为570 mW。用于产生超连续谱的铟氟化物光纤的零色散波长设计为接近1.9 μm,实验中两根光纤的长度选为30 cm 和 55 cm是基于数值模拟的结果。在两种光纤长度条件下,测量得到的光谱和数值模拟的结果都呈现出很好的一致性。飞秒泵浦机制是产生相干超连续谱的关键要求,通过模拟表明:用和光纤激光器一样脉冲宽度和能量的激光泵浦,并加上量子极限噪声时,超连续谱是相干的。此结果说明实现相干的、高重复率超连续光源是很有希望的,而这两个条件对于傅里叶变换红外光谱仪的光谱应用是重要的。另外,整个超连续系统都是用相近纤芯直径的光纤搭建的,可以方便的集成到一个紧凑的平台。
  3、俄罗斯科学院应用物理研究所的Oleg Antipov等人发表题为《掺镱少模光纤放大器中的低阈值模式不稳定性:后向反射的影响》文章。
  文章从实验和理论两方面研究了纤芯直径为8-10 μm的掺镱少模保偏光纤放大器中基模的时空不稳定性。记录了泵浦功率在1-100W的模式不稳定性阈值,作者发现在有光纤输出端的后向反射或外部的反向传输光束存在时,阈值会戏剧性的降低;信号带宽或输入功率的增加会导致阈值的增大。数值模拟揭示了高阶模自洽性的增长和伴随着布居光栅产生的传输的电子折射光栅,其中的布居光栅是由模式干扰场(来源于激发和未激发镱离子的极化率不同)引入的。
  4、英国南安普顿大学光电研究中心的Anna C. Peacock等人发表题为《用于非线性应用的半导体光纤》文章。
  将半导体材料嵌入光纤几何是增强传统光纤基础设施的光电功能,同时允许用新的波导性能构建牢固设备的重要的一步。在这篇文章中,作者从发展集成的全光纤设备视角,回顾了在描述半导体光纤的非线性传输特性方面的进展。这种光纤的非线性性能已经被高速全光纤波长转换,调制和连续谱的产生所证明。
  5、美国海军研究实验室的Colin C. Baker等人发表题为《纳米粒子掺杂用于提高掺铒光纤激光器》文章。
  纳米粒子(NP)掺杂是提高掺铒光纤性能的一项技术,用于高能激光应用。因为铒离子被氧和铝原子笼包围的局域原子环境是在纳米粒子合成期间通过化学反应建立的,因此离子-离子间能量交换及其对激光性能的有害影响会大大降低。文章报道了纤芯和包层泵浦的掺杂纳米粒子的掺饵光纤的制造和测量技术。共振的纤芯泵浦光纤的光光斜率效率是80.4%, 可与已报道的商用液相掺杂光纤的最高记录效率相比。
  6、俄罗斯科学院光纤光学研究中心的E. M. Dianov等人发表题为《铋掺杂光纤和光纤激光器——用于产生一个新的光谱范围1600-1800nm的激光》文章。
  从1150到1800nm的这段近红外光谱范围,包含1250到1500nm和1600到1800nm这两段无有效的稀土掺杂光纤激光存在的波段,铋掺杂光纤是在这两个波段很有前途的激活介质。这两个光谱范围在一些应用中有极大的兴趣,特别是在光纤通信领域。早些时候,作者发展了运行在1250到1500nm波段的掺铋光纤激光器和放大器。现在,他们报道在一个新的光谱范围1600-1800nm内的掺铋光纤和光纤激光器的最新研究结果。
  总之,作者认为第一次制造了可以在1600-1800nm的光谱范围内提供光学增益的掺铋光纤,还研究了铋掺杂能级和合成温度对未漂白损耗的影响。他们还认为第一次发展了运行在1625-1775nm的掺铋光纤激光,这些激光器获得的效率和最大输出功率分别达到约30%和2W。现在,掺铋光纤激光可以运行在1150-1775nm宽带谱范围,覆盖了电信光纤的整个低损耗窗口(O,E,S,C,L和U谱带)如图1所示。文章还得到了运行在1680nm的掺铋光纤激光的首次倍频结果。

  

     图1 掺铋光纤激光可以实现的波长范围,实圆圈和里边有点的圆圈分别为激光波长和泵浦波长。  符号O,E,S,C,L和U是光纤电信系统的透射带普遍使用的代号。

  7、芬兰坦佩雷理工大学的Valery Filippov等人发表题为《基于锥形光纤几何的光学放大器和激光器——用于低信号失真的功率和能量提升》文章。
  文章报道了锥形双包层掺镱光纤(T-DCFs) 用作功率放大器中增益介质的理论和实验研究。文章证明了各种采用锥形双包层掺镱光纤的放大器和激光器,特别是高功率纳秒主动调q激光和超连续光源。本文也将介绍采用被动锁模光纤振荡器和锥形功率放大器,高输出脉冲能量的皮秒全光纤主控振荡器的功率放大器(MOPA)系统。
  本文概述了激活T-DCF用作光放大和产生的增益介质的基本性质。作者已经表明,T-DCF具有许多独特的性能,允许在光放大和产生过程中避免非线性效应。使用T-DCF的连续波单级放大器证明了饱和机制下46dB的最高纪录增益,输出光束质量为M2 =1.06。 T-DCFS允许实现一个简单而强大的纳秒脉冲激光。最后,作者证明了输出脉冲能量为0.28兆焦耳,峰值功率为5兆瓦的全光纤皮秒放大器。
  8、美国麻省理工学院林肯实验室的John D. Hybl等人发表题为《高功率高亮度激光合束》文章。
  在包括材料加工,泵浦,电力输送,以及照明等一系列应用中,都对增加功率并提高激光源的光束质量有持续的兴趣。一种方法是继续发展有更高功率和好光束质量的改进激光器。另一种方法,对半导体和光纤激光器特别重要,是将激光器的大型阵列合束。在过去十年中,随着社会已经更好地了解了光束合成的迫切需要,光束合成的可行性已经越来越大,以及各种实现已经在实验室成功证明。这些实现有望拓展到商业应用领域。

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