高功率光纤激光器中自脉冲效应的产生及其抑制

一、自脉冲效应的产生

1. 自脉冲效应的概述

自脉冲效应指的是高功率光纤激光器（以下简称fiber laser）中产生的

不可控脉冲，它往往在单模激光器中存在着明显的“sparks”，其形态非

常相似，在双模激光器中可表现为两路发射线交替变化。自脉冲效应

常见于CW或变调处理后的激光，主要由器件的自激泵浦环节引起。

2. 产生机制

高功率 Fiber laser的人工混合系统以及流动介质熔断器作为维持稳定发

射的最后一道防线，但是在严峻的操作条件下可能出现概率性不稳定，使得稳定的激光辐射受到剧烈打扰。这种现象就是所谓的自脉冲效应，它是由环节传输引起的时延不稳定而产生的一种特殊激光效应。

3. 自脉冲效应对激光器性能造成的影响

自脉冲效应对激光器性能有不利影响，首先，它会严重降低激光器的

发射能级，影响它的使用效率；其次，由于发射功率的

突变，会严重干扰激光器的控制系统，影响激光器的稳定运行；最后，它可能造成散射等不良后果，进而对激光的安全性产生威胁。

二、自脉冲效应的抑制

1. 激光器结构改进

由于自脉冲效应的出现和激光器的结构有关，所以采用结构改进的方式来减少其发生的可能性是一种有效的解决办法。结构改进包括反射镜斜度调整、反射镜温度和有效抗膜波长调整、增大环节数量等。

2. 减少噪声

降低噪声也是降低自脉冲效应发生几率的方法之一，可以通过改进控制系统与降低孤立源的接触等方式进行抑制。

3. 加大稳定强度

激光器发射的激光功率过低以及激光脉宽度过大时，都有可能产生自脉冲效应。因此，可以通过调整激光脉宽来抑制自脉冲效应发生。

4. 加强通道共振保持

加强光纤激光器的通道共振保持也是降低自脉冲效应出现几率的一种方法，可以通过增加铁磁激光管来加强共振保持，从而有效抑制自脉冲效应的发生。

大模场面积光纤高功率光纤激光器与光纤放大器

大模场面积光纤高功率光纤激光器与光纤放大器随着大功率半导体激光技术的发展，半导体激光泵浦的固体激光器（DPSSL）在很大程度上克服了灯泵浦固体激光器的效率低、规模难以扩大、亮度随规模扩大而增大有限、介质热变形导致的光束质量下降等问题。随着半导体激光器阵列价格的下降和固体激光器性能的提高，高功率DPSSL必将获得更为广泛的应用。虽然DPSSL相对于CO2和灯泵Nd：YAG 具有很大的优越性和竞争力，但由于在激光产生时总有一部分能量以无辐射跃迁的方式转换为热，对于常规的棒状DPSSL，高功率时存在严重的热透镜和热致双折射效应，从而使得光束质量下降。这部分热能量如何从棒状激光介质中散发、排除，成为获得高光束质量、高功率输出的关键。将块状激光介质做成薄片或拉成细长光纤形状，将会有效增大散热表面积，使表面积/体积比大大提高，有利于固体激光器散热问题的解决，这就是高功率固体激光器发展的两个重要方向：薄片激光器和光纤激光器。通常所说的光纤激光器，就是采用光纤作为激光介质的激光器，通过在光纤基质材料中掺杂不同的稀土离子，获得所对应波段的激光输出。对于常规的单模光纤激光器，要求注入到纤芯的泵浦光也必须为单模，这限制了泵浦光的入纤效率，导致光纤激光器的输出功率和效率较低。双包层光纤的提出，为提高光纤激光器的输出功率和转换效率提供了有效的技术途径，改变了光纤激光器只能作为一种小功率光子器件的历史。考虑到量子转换效率、抗激光损伤阈值和基底损耗等原因，掺镱石英双包层光纤是实现高功率光纤激光器或放大器的最佳选择。随着双包层光纤制作工艺和高功率半导体激光泵浦技术的发展，单根双包层光纤激光器的输出功率逐步提高，连续输出功率已经达到千瓦级。大模场面积双包层光纤双包层光纤中折射率呈典型的阶跃式分布，对于圆形的掺杂纤芯，双包层光纤激光器能否实现单模激光输出，取决于纤芯的直径d和数值孔径NA0，实际的单模条件为归一化频率。要保证双包层光纤激光器实现单模激光输出，纤芯的参数必须满足上述条件。实际上，对于双包层光纤激光器来说，由于所用光纤较长，加之散射、光纤弯曲等因素的影响，当归一化频率2.4就双包层光纤本身来说，提升光纤激光器输出功率的障碍主要来自于掺杂纤芯，一是光纤端面的激光损伤，二是光纤中的非线性效应。纯石英的激光损伤阈值非常高，在脉冲激光下的损伤阈值约为100W/祄2，以此计算，典型单模纤芯似乎可以实现高达千瓦量级激光功率输出。实际上，100W/祄2是脉冲激光的峰值功率密度，对于连续激光来说，石英的激光阈值会远小于此值。特别是对于掺杂石英光纤来说，由于掺杂引起的纯度和均匀性的降低，大大降低了光纤端面的激光损伤阈值。为了保证光纤激光器的稳定与可靠，在光纤激光器设计时一般取1.5W/祄2。据此，对于典型的6～10祄纤芯直径的双包层光纤来说，其可能实现的激光功率也就在百瓦量级。由于双包层光纤激光器纤芯中的激光功率密度非常高，且光纤较长，很可能产生非线性效应。光纤中主要的非线性效应包括：受激布里渊散射（SBS）、受激拉曼散射（SRS）和自相位调制（对脉冲激光来说）。对于窄带、连续波的激光在光纤中的传输，布里渊散射阈值Pth-B和拉曼散射阈值Pth-R分别可以按下式来粗略地估算：

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。

高功率光纤激光技术

光纤激光器的介绍周菊平2009142105 摘要：作为固体激光器的一员，光纤激光器以其结构简单紧凑、体积小，工作稳定可靠，易于集成等特点，一直被认为是固体激光器技术实用化的最佳选择。高功率光纤激光除在科研、工业加工和医疗保健等领域有着广泛的应用外，在军事国防领域也有着巨大的应用价值。海湾战争等高技术战争的实践表明，光电武器装备对战术武器性能起决定性作用。近十年来，高功率光纤技术已成为激光技术领域的热点研究技术之一。本文介绍了光纤激光器的背景及最新成果，双包层光纤激光器的原理与特点。关键词：双包层光纤光纤激光器掺杂光纤早在1961年，美国光学公司（American Optical Corporation）的Snitzer等就提出了光纤激光器的构想，但由于受当时条件的限制，研究进展非常缓慢。进入20世纪80年代中期，Townsend等发明了溶液掺杂技术（Solution doping technique）。此后，Poole等用改进的化学气相沉积法（MCVD）研制成低损耗的掺铒光纤，一些实验室开始从掺铒光纤中得到了波长1.5um、高达30dB的光放大增益，引起了人们的高度重视。到80年代中后期，基于半导体激光器泵浦的掺铒光纤激光器和低损耗的石英单模光纤制造技术，为光纤通信的迅猛发展奠定了强有力的技术基础。正是由于掺铒光纤放大器为光纤通信所带来诱人前景的驱动，引发了80年代中后期稀土掺杂光纤激光器的研究热潮。随后Hanna等纷纷报道掺铒、钕、镱、铥及铒/镱共掺等光纤激光器。但当时采用的稀土掺杂光纤为单包层光纤，泵浦光必须直接耦合到直径仅仅几微米的单模纤芯中，这对泵浦源的激光模式提出了较高的要求，导致泵浦源昂贵且耦合效率低。因此，传统的稀土掺杂光纤激光器只能作为一种低功率的光子器件。1）与传统的半导体激光器不同，光纤激光器以掺杂稀土元素的光纤作为工作介质，采用反馈器件构成谐振腔，在泵浦光的激励下，光纤内掺杂介质产生受激发射，进而形成激光振荡输出激光。但常规的光纤激光器因需要将泵浦光耦合进入直径低于10um的单模纤芯，因而耦合效率低，限制了光纤激光器的输出功率。但是在大多数应用领域需要超过瓦量级的输出功率，再加上光纤制作技术、泵浦光源以及光学技术的限制，光纤激光器的发展一直比较缓慢。光纤激光是当前的热门话题。ROFIN与TRUMPF分别收购NUFERN与SPI公司发展光纤激光已三年，今春上海慕尼黑激光展上，ROFIN展出了2KW光纤激光器，但全球高功率光纤激光器市场依然是IPG一统天下。继上年SALV AGNINI与LASER PHOTONICS等公司展出用其的光纤激光器之切割机后，2010年11月在亚特兰大的FABTECH 与汉诺威的EUROBLECH 展会上又推出愈来愈多的光纤激光切割机。欣喜的是一批海归博士矢志回国创业，创建了武汉锐科光纤激光、西安炬光等公司，研发生产高功率光纤激光器与二极管激光泵源，相信有自主知识产权的4KW连续波光纤激光器不久将会呈现在国人面前。2）较之传统光纤激光器，双包层光纤激光器采用具有双包层结构的掺杂光纤作为工作介质。泵浦光在多模内包层中传输，内包层具有大的数值孔径和横向尺寸，就使得采用多模LD阵列作为泵浦源成为可能。随着泵浦光在光纤中传输，纤芯中的掺杂介质吸收能量产生粒子数反转并产生受激跃迁，在光反馈的作用下产生激光振荡。双包层光纤激光器以其高输出功率、低阈值、高效率、窄线宽和可调谐等显著优势，越来越受到人们的青睐。双包层光纤是一种特殊结构的光纤，是双包层光纤激光器的核心，其结构如图1所示。

飞秒激光器

飞秒激光是过去20年间由激光科学发展起来的最强有力的新工具之一。飞秒脉冲时域宽度是如此的短，目前已经达到了4fs以内。1飞秒（fs）,即10-15s ,仅仅是1千万亿分之一秒，如果将10fs作为几何平均来衡量宇宙，其寿命仅不过1min而已；飞秒脉冲又是如此之强，采用多级啁啾脉冲放大（CPA）技术获得的最大脉冲峰值功率可达到百太瓦（TW，即1012W）甚至拍瓦（PW，即1015W）量级，其聚焦强度比将太阳辐射到地球上的全部光聚焦成针尖般大小后的能量密度还要高。飞秒激光完全是人类创造的奇迹。近二十年来，从染料激光器到克尔透镜锁模的钛宝石飞秒激光器，以及后来的二极管泵浦的全固态飞秒激光器和飞秒光纤激光器，虽然说脉冲宽度和能量的记录在不断刷新，但最大进展莫过于获得超飞秒脉冲变得轻而易举了。桑迪亚国家实验室的R.Trebino说:“过去1 0年中,（超快）技术已有显著改善, 钛蓝宝石激光器和现在的光纤激光器正在使这种(飞秒) 激光器的运转变得简洁和稳定。这种激光器现在人们已可买到, 而10年前, 你却必须自己建立。”比如，著名的飞秒激光系统生产商美国Clark-MXR公司将产生高功率飞秒脉冲的所有部件全部集成到一个箱子里，采用掺铒光纤飞秒激光器作为种子源，加上无需调整（NO Tweak）的特殊设计，形成了世界上独一无二，超稳定、超紧凑的CPA2000系列钛宝石啁啾脉冲放大系统。这种商品化的系统不需要飞秒专家来操作，完全可以广泛应用于科研和工业上的许多领域里。根据飞秒激光超短和超强的特点，大体上可以将应用研究领域分成超快瞬态现象的研究和超强现象的研究。它们都是随着激光脉冲宽度的缩短和脉冲能量的增加而不断的得以深入和发展。飞秒脉冲激光的最直接应用是人们利用它作为光源, 形成多种时间分辨光谱技术和泵浦/探测技术。它的发展直接带动物理、化学、生物、材料与信息科学的研究进入微观超快过程领域, 并开创了一些全新的研究领域, 如飞秒化学、量子控制化学、半导体相干光谱等。飞秒脉冲激光与纳米显微术的结合, 使人们可以研究半导体的纳米结构(量子线、量子

正色散掺铒光纤激光器耗散孤子共振脉冲特性研究

正色散掺铒光纤激光器耗散孤子共振脉冲特性研究张丽强;高丛丛;王贝贝;张丙元【摘要】报道了一种工作在正色散区的耗散孤子共振脉冲锁模光纤激光器.详细研究了泵浦功率及偏振控制器状态对输出脉冲特性的影响.耗散孤子共振脉冲中心波长1 575nm,光谱宽度约6.66nm.当泵浦功率从220mW升高到554mW时,脉冲宽度从0.78ns增加到3.16ns,脉冲能量变化范围为3.5nJ至16.9nJ.泵浦功率 409mW时,改变偏振控制器状态,脉冲宽度在1.6ns至3.2ns范围之间变化.实验中还研究了获得的耗散孤子共振纳秒矩形脉冲的啁啾特性,脉冲经过25m单模光纤传输,脉冲宽度无明显变化,脉冲为非线性啁啾.%The generation of dissipative soliton resonance pulses in a passively mode-locked net-normal dispersion Er-doped fiber laser is demonstrated.The dependence of pulse characteristics on pump power and the state of polarization controllers is investigated detailed.The central wavelength is 1 557 nm, with the 3 dB bandwith of 6.66 nm.By purely increasing the pump power from 220 mW to 554 mW, the pulse duration extends from 0.78 ns to 3.16 ns, while the pulse energy ranges from 3.5 nJ to 16.9 nJ.At the pump power of 409 mW, by carefully adjusting of the polarization controller's oriention, pulse duration varies from 1.6 ns to 3.2 ns.Moreover, the chirp properties of the pulses is checked.No obvious change on the pulse profile was observed after propagation in a 25 mstandard single mode communication fiber.【期刊名称】《聊城大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(031)004

基于光纤激光器产生高次谐波锁模脉冲的研究现状

基于光纤激光器产生高次谐波锁模脉冲的研究现状摘要：本文简单介绍了高次谐波锁模脉冲的形成机理，对基于光纤激光器产生高次谐波锁模脉冲的研究现状完成了调研。整理了世界各地研究团队的成果，展示了2000年以后与该研究方向相关的研究现状，发现人们得到了最高634次谐波锁模脉冲，对应的重复频率为10GHz。其中研究人员的光纤激光器所使用的掺杂增益介质以铒、镱为主，锁模方式主要为主动类型锁模以及NPR被动类型锁模。本文为基于光纤激光器产生高次谐波锁模脉冲的相关研究提供了一个参考。关键词：光学频率梳；锁模光纤激光器；高次谐波锁模；研究现状 0引言飞秒光学频率梳诞生以来，在精密测距方面得到了重要的应用。因其具有脉宽极短、峰值功率高、稳定性高等优点，为高速、高精度测量距离技术提供了有效的技术手段。随着科技的发展，国防军事测量、测绘、工业加工等领域对测距精度要求越来越高，人们逐渐意识到纳米量级测距的重要性，飞秒激光也越来越受人重视。飞秒光梳是一种脉冲持续时间为飞秒量级的脉冲光。在频率域上，表现为间隔相等，具有确定相位关系的谱线。自由运转激光器输出的个纵模是不相干的，其相位以及振幅都不同且一直在变化。来自泵浦源的能量抖动、谐振腔长受温度影响发生形变等因素，都会引入额外的相位噪声。锁模技术可以使各个纵模按确定的相位关系进行分布，使激光器输出峰值功率很高的超短脉冲。重复频率与载波包络偏移频率是光梳的两个重要自由度，前者代表输出脉冲在频域上相邻梳齿的间隔，后者代表脉冲的包络峰值与载波峰值的差值。通过对重复频率以及载波包络偏移频率的锁定，可以得到更稳定的光梳系统。目前掺镱光纤激光器重复频率已经能做到1GHz，但这并不能满足一些尖端设备的需求，比如激光雷达系统的运作就需要几十GHz的高精度载波频率信号。谐振腔的长度有下限，通过缩短谐振腔的长度很难得到较高的基本重复频率。谐波锁模的方法，无需在腔内

梁瑞生《现代光纤通信技术及应用》课后习题及参考答案

第1章概述 1－1、什么是光纤通信？参考答案：光纤通信(Fiber-optic communication)是以光作为信息载体，以光纤作为传输媒介的通信方式，其先将电信号转换成光信号，再透过光纤将光信号进行传递，属于有线通信的一种。光经过调变后便能携带资讯。光纤通信利用了全反射原理，即当光的注入角满足一定的条件时，光便能在光纤内形成全反射，从而达到长距离传输的目的。 1－2、光纤通信技术有哪些特点？参考答案：(1)无串音干扰，保密性好。 (2)频带极宽，通信容量大。 (3)抗电磁干扰能力强。 (4)损耗低，中继距离长。 (5)光纤径细、重量轻、柔软、易于铺设。除以上特点之外，还有光纤的原材料资源丰富，成本低;温度稳定性好、寿命长等特点。 1－3、光纤通信系统由哪几部分组成？简述各部分作用。参考答案：光纤通信系统最基本由光发送机、光接收机、光纤线路、中继器以及无源器件组成。其中光发送机负责将信号转变成适合于在光纤上传输的光信号，光纤线路负责传输信号，而光接收机负责接收光信号，并从中提取信息，然后转变成电信号，最后得到对应的话音、图象、数据等信息。 (1)光发送机：由光源、驱动器和调制器组成，实现电/光转换的光端机。其功能是将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波，然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输。 (2)光接收机：由光检测器和光放大器组成，实现光/电转换的光端机。其功能是将光纤或光缆传输来的光信号，经光检测器转变为电信号，然后，再将这微弱的电信号经放大电路放大到足够的电平，送到接收端的电端机去。 (3)光纤线路：其功能是将发信端发出的已调光信号，经过光纤或光缆的远距离传输后，耦合到收信端的光检测器上去，完成传送信息任务。 (4)中继器：由光检测器、光源和判决再生电路组成。它的作用有两个：一个是补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减;另一个是对波形失真的脉冲进行整形。 (5)无源器件：包括光纤连接器、耦合器等，完成光纤间的连接、光纤与光端机的连接及耦合。 1－4、光纤通信新技术主要有哪几种？参考答案：（1）相干光通信:相干光通信是指在相干光通信中主要利用了相干调制和外差检测技术。（2 ）光孤子通信技术:光孤子通信是光纤折射率的非线性（自相位调制）效应导致对光脉冲的压缩可以与群速色散引起的光脉冲展宽相平衡，在一定条件

高功率超快光纤激光及脉冲测量研究

高功率超快光纤激光及脉冲测量研究高功率超快光纤激光及脉冲测量研究引言：在当代科技发展的浪潮中，激光技术作为一种重要的光学技术手段，被广泛应用于各个领域，如科研、医学、通信等。随着技术的进步，人们对超快高功率光纤激光和脉冲测量的研究日益深入。本文主要探讨了高功率超快光纤激光的发展历程以及脉冲测量的研究成果，并展望了未来的发展趋势。第一部分：高功率超快光纤激光的发展历程 1.1 激光技术的兴起激光技术作为一项革命性的技术，从20世纪60年代开始得到广泛关注。光纤激光在几十年的发展过程中，经历了从低功率、长脉冲到高功率、超快脉冲的演进。 1.2 光纤激光的特点光纤激光以其较长的寿命、高效的能量传输以及稳定的输出特性而备受瞩目。尤其是高功率超快光纤激光，其短脉冲宽度和高峰值功率成为研究与应用的热点。 1.3 高功率超快光纤激光的关键技术为了实现高功率超快光纤激光的稳定输出，需要克服光纤非线性效应、光场调控技术等关键技术。研究人员通过优化光纤材料、光场调制等手段，逐步提升了超快光纤激光的输出功率和脉冲宽度。第二部分：脉冲测量技术的研究成果 2.1 脉冲测量与光学计量学脉冲测量是指对激光或光脉冲的精确时间、频率、功率等参数

进行测量和分析的技术手段。在光学计量学的指导下，脉冲测量技术得到了长足的发展。 2.2 精确脉冲宽度测量方法脉冲宽度是脉冲信号中非常重要的参数，对于超快光纤激光尤为关键。研究人员提出了多种精确测量脉冲宽度的方法，如自相关法、频谱分析法等。这些方法的应用使得脉冲宽度的测量更加准确。 2.3 准确定时测量方法准确定时测量是指对脉冲信号的时间起点和终点进行准确测量的方法。随着技术的进步，研究人员提出了多种准确定时测量的方法，如自相关测量法、相位比较法等。第三部分：高功率超快光纤激光及脉冲测量的未来发展趋势 3.1 功率密度与功率扩展性的研究随着激光应用领域的发展，人们对于高功率激光的需求越来越大。未来的研究重点将集中在如何进一步提高光纤激光的功率密度并改善功率扩展性上。 3.2 紧束脉冲技术的应用紧束脉冲技术被广泛应用于高精度测量、激光加工等领域。研究人员将进一步探索紧束脉冲技术在超快光纤激光中的应用，提高光纤激光的空间、时间分辨能力。 3.3 利用光纤非线性效应进行超快调制光纤非线性效应是光纤激光研究中的重要问题之一。今后的研究将致力于如何利用光纤非线性效应进行超快激光调制，进一步提高超快光纤激光的性能和应用范围。结论：高功率超快光纤激光及脉冲测量的研究取得了显著的进展。光

激光器件作业试题5套含部分答案大学期末复习试题副本

?激光器件?作业〔1〕 1.说明激光产生的必要和充分条件.简述激光器的根本组成局部及其功能. 2.判断谐振腔的稳定性〔单位:mm〕 ⑴R1=90, R2=40, L=100 ⑵R1=20, R2=10, L=45 33〕 R1=-40, R2=75, L=60 44〕 R1=8, R2=-10, L=50 3.某稳定腔两面反射镜的曲率半径分别R1=-1.25m及R2=1.6m 〔1〕这是哪一类型谐振腔 ⑵试确定腔长L的可能取值范围,并作出谐振腔的简单示意图. 4、画出下列图所示谐振腔的等效透镜光路,并写出往返矩阵. 5.某CO2激光器采用平凹腔,L=50cm, R=2m , 2a=1cm, =10.6 m.试计算镜面上的光斑半径W s1和W s2,光腰W0,远场发散角0,以及基横模损耗00各为多少 6.半导体激光器输出1.55 m的光腰w0=0.6mm的高斯光束,为将它耦合到芯直径=10 m的石英光纤〔N.A.=0.2〕中,应如何建立耦合光路要求给出聚焦透镜的焦距和各部件的位置. ?激光器件?作业〔2〕 1.试说明气体放电伏安特性中击穿电压和放电维持电压的概念. 2.提升He-Ne激光器632.8nm输出功率的方法有哪些 3.实验测得He-Ne激光器以波长=632.8nm工作时的小信号增益系数为 G0=3 10-3cm-1.①设饱和光强Is=30W/cm2时,以非均匀增宽计算腔内光强I =50 W/cm2时的增益系数G;②为保持振荡稳定,设反射镜R2的反射率为100%,腔长l =10cm,问R1的反射率最小为多少〔除透射损耗外,腔内其它损耗的损耗率a =9 10-4cm-1〕?③又设光斑面积A = 1.1 x 10-2cm2,反射镜反射系数 R1=99.2%,问R1端输出光功率为多少毫瓦. 4.设计一款输出TEM00模、功率12mw的He-Ne激光器.

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

MOPA技术放大_1

MOPA技术放大－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－MOPA放大技术引言 1917年，Einstein在《关于辐射的量子理论》一文中首次提出了受激辐射的概念，他认为:在物质与辐射场相互作用中，构成物质的分子或原子可以在光子激励下产生新光子，这就为激光(受激辐射光放大)概念的提出打下了最初的理论基础。但是，激光器的研究真正开始于1958年科学家Schawlow和Townes 提出的利用尺度远大于波长的开放式光学谐振腔实现激光器的思想和Bloembergen提出的利用光泵浦三能级原子系统实现原子数反转的思想。之后，全球的研究小组开始了一场研制世界上第一台激光器的激烈竞赛。很快，在1960年，世界上第一台激光器诞生于美国California州休斯实验室，Maiman等科学家成功进行了红宝石全固态激光器的实验演示，从此开启了激光器研究的大门。光纤激光器的研究起源于1961年，当时Snitzer在纤芯为300的掺钕玻璃波导中发现了激光辐射现象。随后，Snitzer等人又发表了有关共掺杂光纤中光放大的论文，分别提出了光纤激光器和光纤放大器的构想。 1966年，高馄和Hockham首次讨论了研制低损耗光纤的可能性，为现代光纤通信奠定了基础，也为通信波段光纤激光光源的研究提出了迫切的要求。大约到了1975年左右，随着低损耗光纤的研制成功和作为光纤激光器泵浦源的半导体激光器的不断实用化，光纤激光器和光纤通信的研究开始进入了快速发展时期。 1985年，英国Southampton大学的Poole等人利用化学气相沉积法制作出了第一根低损耗的单模掺铒光纤(Erbium-doped Fiber, EDF)并制作了掺铒光纤激光器，标志着稀土离子掺杂技术走向成熟，也为各种掺杂增益光纤的制作奠定了基础。 1987年，英国Southampton大学的Mears等人和美国Bell实验室的Desurvire等人先后对掺铒光纤放大器进行了研究并验证了其可行性，实现了光纤通信线路中的光放大，极大推动了光纤通信向更长中继传输距离发展。随后的二十多年里，光纤激光技术得到了迅速的发展，已不仅仅只是用于光纤通信。随着不同掺杂稀土离子光纤激光器被提出，如:掺铒、钕、镱、铥、铒/镱共掺、铥/钬共掺等等，其应用范围已经拓展到传感、医疗、工业加工以及军事国防等领域，尤其是高功率光纤激光器的提出，可谓是光纤激光器史上的一次技术革命。 1988年，美国Massachusetts州Polaroid公司首次提出了双包层光纤设计思想，泵浦光进入包层中传输，但是圆形内包层吸收效率很低。 1994年，Pask等人首次实现了包层泵浦，并制作了包层泵浦掺镜光纤激光器，获得500mW 功率输出，中心波长为1040nm，使得在光纤中实现高功率激射成为可能。

光纤激光器简介

光纤激光器简介二、光纤激光器的结构和类型 1.光纤激光器的结构要产生激光，必须具备工作介质、泵浦源和谐振腔这三个基本条件。光纤激光器一般是采用掺杂光纤作为工作介质，以光纤光栅、光纤环形镜或光纤端面等作为反射镜来构成反馈腔。光纤激光器普遍采用光泵浦，泵浦被耦合进光纤，由于光纤纤芯很细，在泵浦光的作用下光纤内容易形成高功率密度，造成激光工作介质的能级上“粒子数反转”，再加上合适的反馈装置构成谐振腔，就能够产生激光振荡。 1.1 泵浦方式 (1小功率LD端面泵浦.。采用一定的耦合系统将泵浦光会聚到较小的激光介质表面,可以实现激光器表面处的高泵浦功率密度,实现对激光介质的高效泵浦.这种小功率激光器的单模纤芯直径只有9um，它只能采用端面泵浦，无法承受太高的功率密度。同时单模纤芯对LD的模式提出了严格的要求，只有单模光才可以耦合进纤芯进行有效泵浦，但是大功率单模LD至今无法实现，该种结构一直局限于光通信领域。 (2高功率泵浦.其中一个典型的结构及时采用杈纤进行侧面泵浦,其结构如图 1.2 谐振腔结构 (1线形腔

a. DBR光线激光器. DBR光纤激光器使用两个较高反射率的光纤光栅作为反射镜，将其置于掺杂光纤的两端，构成线形激光谐振腔来增强模式选择。 b.DFB光纤激光器. 是利用直接在稀土掺杂光纤写入的光栅来构成谐振腔的。 (2环形腔光纤环形谐振腔的结构如图. . 1.3增益介质现在大部分的光线激光器都采用掺杂光纤作为增益介质。目前,比较成熟的有源光纤中掺入的稀土离子有Er3+、Nd3+、Yb3+。掺铒光纤在1.55um波长具有很高的增益，对应低损耗第三通信窗口，由于其潜在的应用价值，掺铒光纤激光器发展十分迅速。掺镱光纤激光器是1.0-1.2um波长的通用源，Yb3+具有相当宽的吸收带（800-1064nm）以及相当宽的激发带（970-1200nm），故泵浦源的选择非常广泛且泵浦源和激光都没有受激态吸收。 2.光纤激光器的类型 2.1 按照光纤材料的种类，光纤激光器可分为：

激光原理与技术各章重点(基本补全)

激光原理与技术期末总复习第1章 1.激光产生的必要条件(粒子数反转分布) 2.激光产生的充分条件(在增益介质的有效长度内光强可以从微小信号增长到饱和光强) 3.饱和光强定义:使激光上能级粒子数减小为小信号值的1/2时的光强为饱和光强 4.谱线加宽的分类: 均匀加宽和非均匀加宽两种加宽的本质区别？ 5激光器泵谱技术的分类: 直接泵谱缺点：首先从基态E1到激光上能级E3往往缺乏有效途径，即B13（对光泵浦）或σ13（对粒子泵浦）太小，难以产生足够的增益；其次即使存在E1 E3的有效途径，但同一过程可能存在由E1到激光下能级E2的有效途径，结果是W12/W13太大难以形成粒子反转分布。这些缺点是直接泵浦方式对很多激光器来说是不适用的。间接泵谱:分为自上而下、自下而上和横向转移三中方式) 间接泵谱的优点：首先，中间能级具有远大于激光上能级的寿命，且可以是很多能级形成的能带，因而，Ei 上很容易积累大量的粒子；其次，在有些情况下，将粒子从基态激发到Ei 的几率要比激发到Eu 的几率大得多，这就降低了对泵浦的要求；最后，依据选择定则，可以使Ei 向Eu 的弛豫过程比Ei 向激光下能级Ei 的弛豫过程快得多 6..频率牵引有源腔中的纵模频率总是比无源腔中同序数频率更接近工作物质的中心频率 7.能画出激光工作物质三能级系统能级图，说明能级间粒子跃迁的动态过程？ 8.当粒子反转数大于零时，在激光谐振腔中能够自激振荡吗？为什么？ 9. 激光的特性(单色性、方向性、相干性和高亮度) 10. 证明光谱线型函数满足归一化条件证明: ⎰⎰⎰+∞∞-+∞∞-+∞∞-====1)()()(ννννννd g I d Ig d I I 则 11.激光器的输出特性。（43页）？？？第2章 1.光学谐振腔的分类和作用分类：能否忽略侧面边界，可将其分为开腔，闭腔以及气体波导腔按照腔镜的形状和结构，可分为球面腔和非球面腔是否插入透镜之类的光学元件，或者是否考虑腔镜以外的反射表面，可以分为简单腔和符合腔 u u u u S h A c h I τσντνπν1122 8==)211(2121111τττπν++++=∆∑ ∑u j j i ui H A A N D M T Mc kT 072/12 0)1016.7(])2(ln 2[2ννν-⨯==∆⎰ +∞∞ -=1)(ννd g

光纤激光器高压气导气的作用

光纤激光器高压气导气的作用 1.引言 1.1 概述光纤激光器是一种利用光纤作为激光介质的高科技设备，近年来在科研、医疗、通信等领域得到了广泛的应用和发展。光纤激光器的性能优越，能够发出高强度、高品质的激光束，具有高效率、稳定性强等优点，因此受到了越来越多的关注和研究。然而，在实际应用中，光纤激光器面临着一些挑战，其中之一就是光纤的高压气导气问题。高压气导气是指在光纤激光器中，通过向光纤中注入高压气体（如氙气、氩气等）来引导激光束传输的一种技术手段。它能够有效地降低光纤激光器在传输过程中的损耗，提高激光束的功率密度和能量传输效率，从而增强光纤激光器的性能。在光纤激光器中，高压气导气的作用可分为两个方面。首先，高压气导气可以改变光纤内部的光学特性，例如改变光纤的折射率、增大光纤的截面面积等，从而提高光纤的光导效果，使其更适合激光的传输。其次，高压气导气还能够抑制光纤中的非线性效应，如自聚焦效应、自相位调制效应等，进一步提高光纤激光器对高功率激光的承载能力。总之，光纤激光器中的高压气导气技术具有重要的作用，它可以显著

改善光纤激光器的性能和输出效果。随着科技的不断进步和应用需求的增加，高压气导气在光纤激光器中的前景和应用价值将进一步拓展和深化，为各个领域的发展带来更多机遇和挑战。 1.2 文章结构在本文中，我们将详细探讨光纤激光器高压气导气的作用。文章分为引言、正文和结论三个主要部分。首先，在引言部分，我们将概述文章的背景和相关概念。我们将介绍光纤激光器的基本原理以及高压气导气在光纤激光器中的应用。接着，我们将展示文章的结构和内容安排。在正文部分，我们将详细介绍光纤激光器的基本原理。我们将解释光纤激光器是如何产生激光光束的，并介绍其中的关键组件和工作原理。然后，我们将重点讨论高压气导气在光纤激光器中的应用。我们将解释高压气导气是如何通过改变气体环境来影响光纤激光器的性能的，并介绍高压气导气在光纤激光器中的具体作用和优势。最后，在结论部分，我们将总结高压气导气对光纤激光器性能的影响。我们将讨论高压气导气在光纤激光器中的前景和应用价值，以及可能的研究方向和发展趋势。通过本文的撰写，我们旨在探究光纤激光器高压气导气的作用，为相

调Q光纤激光器类型机器工作原理

调Q光纤激光器类型及其工作原理调Q技术的出现和发展，是激光发展史上的一个重要突破，它是将激光能量压缩到宽度极窄的脉冲中发射，从而使光源的峰值功率可提高几个数量级的一种技术。调Q技术的目的是压缩脉冲宽度，提高峰值功率。普通的脉冲激光器,光脉冲的宽度约在ms级,峰值功率也只有几十kW。而调Q激光器,光脉冲的宽度可以压到ns级,峰值功率也已达到MW. 调Ｑ的基本原理通常的激光器谐振腔的损耗是不变的，一旦光泵浦使反转粒子数达到或略超过阈值时，激光器便开始振荡，于是激光上能级的粒子数因受激辐射而减少，致使上能级不能积累很多的反转粒子数，只能被限制在阈值反转数附近。这是普通激光器峰值功率(一般为几十千瓦数量级)。不能提高的原因。既然激光上能级最大粒子反转数受到激光器阈值的限制，那么，要使上能级积累大量的粒子，可以设法通过改变（增加）激光器的阈值来实现，就是当激光器开始泵浦初期，设法将激光器的振荡阈值调得很高，抑制激光振荡的产生，这样激光上能级的反转粒子数便可积累得很多。当反转粒子数积累到最大时，再突然把阈值调到很低，此时，积累在上能级的大量粒子便雪崩式的跃迁到低能级，于是在极短的时间内将能量释放出来，就获得峰值功率极高的巨脉冲激光输出。所以改变激光器的阈值是提高激光上能级粒子数积累的有效方法。 Q值与谐振腔的损耗成反比，要改变激光器的阈值，可以通过突变谐振腔的Q 值(或损耗a总)来实现。调Q技术就是通过某种方法使腔的Q值随时间按一定程序变化的技术。或者说使腔的损耗随时间按一定程序变化的技术。 Q开关激光器的特点

（1）通过改变Q值——改变阈值，控制激光产生的时间。（2）调Q激光脉冲的建立过程，各参量随时间的变化情况，如右图所示。（3）图(a)表示泵浦速率Wp随时间的变化；（4）图(b)表示腔的Q值是时间的阶跃函数(蓝虚线)；（5）图(c)表示粒子反转数△n的变化；（6）图(d)表示腔内光子数Φ随时间的变化。

量子阱激光器的工作原理

量子阱激光器的工作原理量子阱激光器的工作原理量子阱激光器(Quantum well lasers, QWLs)是一种高效率的激光光源，能够产生高功率、高稳定性、高峰值功率的激光脉冲，是光纤通信、光学测量、非线性光学等领域中广泛应用的重要激光器。在它的发射原理上，有两种形式，一种是通过量子阱层的重卡尔曼激发来实现发射，另一种是基于量子阱阱层的重卡尔曼放大效应。它们的工作原理各有不同，本文主要对量子阱激光器的工作原理及其应用进行详细的介绍。 1.量子阱激发发射原理量子阱激发发射是基于量子阱层的重卡尔曼激发特性实现的。当一个量子阱材料的厚度与对称轴的平行，其特性和一个单独的量子系统相似，被看做由一组量子级由低能到高能依次排列的阶梯结构，即量子阱体系。因此，如果激光输入至量子阱结构，会发生重卡尔曼激发，量子阱结构的准自由电子，从低能的量子级转移到高能的量子级，从而释放出能量并产生激光辐射。 2.量子阱放大发射原理量子阱放大是量子阱激发的一种改进形式。它是指在量子阱结构中把一个或多个低阱量子级称作“放大”量子级，当重卡尔曼激发后，准自由电子从低能的阱内量子级跃迁至放大量子级时，将激发功率增强很多倍，从而产生的激光辐射功率也更大。 3.量子阱激光器的应用

量子阱激光器可以用来实现高功率、高稳定性和高峰值功率的激光脉冲，在光纤通信、非线性光学、光学测量及分析领域都有广泛应用。量子阱激光器可用于高速光纤通信、激光打印及数字影像系统中，也可用于光纤激光器及光频率多工系统中。此外，量子阱激光器可用于激光投影显示、投影打印及激光雷达系统等多种高效率激光系统和应用中。总之，量子阱激光器具有高功率、高稳定性、高峰值功率、小尺寸、低成本等优势，常用于多种高效率光源的应用，预计将会在新技术领域中发挥更大的作用。

大脉冲能量单层CVD石墨烯被动调Q掺镱双包层光纤激光器

大脉冲能量单层CVD石墨烯被动调Q掺镱双包层光纤激光器吴健;吴端端;黄义忠;罗正钱;许惠英;蔡志平【摘要】基于单层化学气相沉积(CVD)石墨烯可饱和吸收体的大脉冲能量被动调Q双包层光纤激光器.采用三明治结构,将CVD法生长的单层石墨烯通过聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)从铜箔上转移到光纤端面,制备成PMMA/石墨烯调Q器.采用全光纤线性腔结构,掺镱双包层光纤和PMMA/单层石墨烯分别作为增益介质和被动调Q器件,大功率975nm半导体激光器作为泵浦源,大比例(95％)功率耦合输出,成功实现了中心波长为1 063.6 nm大脉冲能量的稳定调Q光纤激光器.调Q脉冲序列重复频率在9.7～26.46 kHz连续可调,当泵浦功率为756.1 mW时,最大输出功率为46mW,最小脉宽为4.5μs,并且获得的最大单脉冲能量为1.7 μJ.实验结果表明,单层CVD石墨烯性能优异,将有望在双包层光纤激光器中实现更大平均功率、单脉冲能量的激光输出. 【期刊名称】《厦门大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2014(053)005 【总页数】5页(P661-665) 【关键词】单层化学气相沉积石墨烯;双包层光纤激光器;被动调Q;大脉冲能量【作者】吴健;吴端端;黄义忠;罗正钱;许惠英;蔡志平【作者单位】厦门大学信息科学与技术学院,光电子技术研究所,福建厦门 361005;厦门大学信息科学与技术学院,光电子技术研究所,福建厦门 361005;厦门大学信息科学与技术学院,光电子技术研究所,福建厦门 361005;厦门大学信息科学与技术学院,光电子技术研究所,福建厦门 361005;厦门大学信息科学与技术学院,光电子技术

高功率下光纤中的非线性效应抑制方法的研究

高功率下光纤中的非线性效应抑制方法的研究一、引言随着语音、图像和数据等信息量爆炸式的增长, 尤其是因特网的迅速崛起，人们对于信息获取的需求呈现出供不应求的态势。这对通信系统容量和多业务平台的服务质量提出了新的挑战，也反过来推动了通信技术的快速发展。1966年，美籍华人高锟博士提出可以通过去杂质降低光纤损耗至20dB/km，使光纤用于通信成为可能，从而开启了人类通信史的新纪元。与传统的电通信相比，光纤通信以其损耗低、传输频带宽、容量大、抗电磁干扰等优势备受业界青睐，已成为一种不可替代的支撑性传输技术。新型激光器和调制格式、波分复用(WDM)技术、宽带光放大技术的不断涌现，大幅提高了光通信能力[15]。光纤通信的传输容量在1980~2000年间增加了近10000倍，传输速率在过去的10年中提高了约100 倍。目前,单信道40Gbit/s的光传输系统已经广泛商用，100Gbit/s的WDM/OTN(Optical Transmission Network，光传输网)链路也开始在欧美地区进行商用部署，400Gbit/s 的传输技术成为未来的研究方向。众所周知，信号在光纤通信系统中的传输性能会受到光纤的损耗、色散和非线性效应的制约，而且传输速率越高、距离越长，上述效应越严重，对系统性能的劣化十分明显。因此，对这些制约因素的削弱甚至消除是进一步提高信息传输容量的关键，也一直是光纤传输技术的重点研究方向，并已取得了一系列卓有成效的进展。二、光纤损伤及补偿技术光纤损伤主要包含上节所述的损耗、色散和非线性效应。光放大器技术，包括EDFA(Erbium Doped Fiber Amplifier，掺铒光纤放大器)、FRA(Fiber Raman Amplifier，光纤拉曼放大器)和参量放大器的出现已经完美地解决了光纤损耗问题。光纤色散补偿技术也已十分成熟。色散作为一种线性损伤，其补偿原理是利用光电元件实现波长或偏振相关的延时功能。单模光纤的色散分为色度色散(CD, chromatic dispersion)和偏振模色散(PMD, polarization mode dispersion)两种。色度

激光原理第二次习题含答案(大学期末复习资料).docx

问答题： 1.解释非均匀加宽介质的增益曲线的“烧孔”现象与应用。 2.什么是兰姆凹陷？兰姆凹陷产生的条件？ 3.按调制的性质，激光调制有几种？并进行简单说明。 4.声光互作用的两种类型？声光调制器由哪些部分组成？ 5.目前激光器应用领域中采用什么激光器？比如（a）激光加工、热处理、焊接、切割（b）通信（c）光盘（d）激光武器（e）全息照相①三维微加工（g）医用（h）遥感 6.说明利用调Q技术获得高峰值功率巨脉冲的原理，并简单说明调 Q脉冲形成过程中各参量（泵浦速率、谐振腔损耗、粒子反转数和光子数密度）随时间的变化。 7.激光器锁模的工作原理？参考课本推导出锁模输出的电场表达式，并说明表达式的各部分含义。 8.说明主动锁模方法中的调幅锁模工作原理。 9.钛宝石激光器是实验室中很常用的飞秒激光器，它是利用什么方法进行锁模？ 10.调Q与被动锁模激光器中饱和吸收体的饱和恢复时间有何不同？ 11.激光器锁模产生超短脉冲原理通常有哪两种分析方法并进行说明 12.超短脉冲压缩色散补偿技术有哪几种并进行说明？

13.锁模脉冲的时间和光谱带宽积特点。 14.如何使用偏振棱镜与半波电压获得激光单脉冲？ 15.激光脉冲时间宽度直接测量有什么设备？间接测量有什么方法？ 16.激光脉冲的振幅、相位可以测量吗？如果可以，分别简述测量的方法。计算题： 1.当频率人=40MHz的超声波在熔融石英石英声光介质(n=1.54) 中建立起超声场(us=5.96 X 105cm/s )时，试计算波长为4 = 1.06㈣的入射光满足布拉格条件的入射角。o 2.有一多纵模激光器纵模数是1千个，激光器的腔长1.5m,输出的平均功率为1W,认为各纵模振幅相等。(1)试求在锁模情况下, 光脉冲的周期、宽度和峰值功率各是多少？(2)采用声光损耗调制元件锁模时，调制器上加电压V(t) = V m cos(^t),试问电压的频率是多大？ 3.有一掺钗钉铝石榴石激光器，振荡线宽(荧光谱线中能产生激光振荡的范围)△以c =10X1010Hz,腔长L=0.5m,试计算激光器的参量： (1)纵模频率间隔；(2) Av?可容纳纵模的数目；(3) 假设各纵模振幅相等，求锁模后脉冲的宽度和周期；(4)锁模脉冲及脉冲间隔占有的空间距离。 4.假如实空间体积为V,则K空间每个模的体积为