一种窄线宽的高重复频率窄脉宽主动调Q光纤激光器
发布时间：2021-02-12 16:33
提出并演示了一种基于声光调制器（AOM）主动调Q的环形腔双包层光纤激光器获得窄线宽、窄脉宽和高重复频率激光脉冲的方法。通过在腔内采用以双包层增益光纤作为输入尾纤的泵浦剥离器来缩短腔长,可以降低增益光纤正向放大自发辐射（ASE）的反射,抑制其ASE的增益自饱和效应,使腔内有效增益增大,窄线宽调Q脉冲可在环形腔中快速建立,从而不仅可使调Q脉冲脉宽变窄,还允许其重复频率大幅提升。在7 W泵浦功率下,所提出的调Q光纤激光器获得了线宽和脉宽分别窄至0.16 nm和10.4 ns、重复频率高达150 kHz的调Q激光脉冲。
【文章来源】：中国激光. 2020,47(01)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
AOM主动调Q双包层光纤激光器结构示意图
图5为实验测得的图1所示光纤激光器输出调Q脉冲的脉宽、能量与重复频率之间的关系,其中,泵浦光功率保持为7 W,而给定不同调制频率下的占空比则由1\:1减小至恰好能消除脉冲缺失现象、且经单一腔循环就能基本实现腔倒空所对应的占空比。可见:调Q激光器的重复频率在10～150 kHz范围内可调,当重复频率较低时,输出脉冲能量较大,在10 kHz重复频率下,单脉冲能量可达130 μJ,但在10～150 kHz重复频率范围内,输出平均功率均大于1.3 W,并且脉宽处在9.6～10.4 ns之间,最窄脉宽为9.6 ns,脉冲与脉冲间的强度波动小于2%。此外,尽管随着调Q脉冲重复频率的降低,脉冲线宽会因光纤非线性而轻微展宽[24],但在10～150 kHz范围内,调Q脉冲的3 dB线宽均小于0.18 nm。4 结 论
由图2(a)还可看出,在7 W泵浦功率和1\:1占空比的10 kHz方波调制下,脉冲建立时间为220 ns,比Q开关打开持续时间50 μs小约两个量级,这意味着可通过减小占空比来提升增益光纤的粒子数反转度积累,进而获取更窄的脉冲[14]。图2(b)为7 W泵浦光功率下调制方波占空比分别降至1\:2、1\:5和1\:10时测得的输出调Q脉冲,可见:随着调制方波占空比减小,脉冲建立时间缩短,多峰数目减少,导致脉冲宽度变窄、脉冲幅度提升,这是掺杂光纤增益恢复时间延长带来的必然结果[14];当占空比降至1\:10时,仅需一圈腔循环就可实现腔倒空,对应的脉宽仅为9.6 ns,消除了AOM频移效应对输出脉冲相干性的影响。图2(c)给出了占空比为1\:10时测得的输出脉冲光谱,可见,光谱宽度仅为0.18 nm,信噪比高达50 dB;结合其时域波形展现的多峰振荡结构可以看出,该输出脉冲为窄线宽窄脉宽调Q激光脉冲,而不是调Q光纤激光器中常现的类ASE脉冲。值得指出的是,实验中发现,对于图2(b)中1\:10占空比下9.6 ns输出调Q脉冲前沿处的低幅度底座,可通过稍稍增大AOM上升沿时间而消除,这时的输出脉冲依然为单一腔循环输出,仅脉宽变为14 ns。减小占空比还有利于获得高重复频率的调Q脉冲。实验中发现,在保持单一腔循环实现腔倒空获取窄脉宽的前提下,对于1\:10的占空比,将调制频率提高到120 kHz时,调Q脉冲开始出现脉冲缺失现象。其原因是,随着调制频率提高,分配给增益光纤的增益恢复时间缩短,导致实际增益值降低。因此,当前序调Q激光脉冲因激光振荡将腔内反转粒子数耗尽后,在后续开关打开时间内调Q激光脉冲就难以建立。进一步减小占空比,通过相对地增加增益恢复时间可以使单一腔循环结构实现规整的脉冲输出。在7 W泵浦功率下,当占空比减小至1\:53时,可获得的最大的由单一腔循环构成的调Q脉冲重复频率高达150 kHz,对应脉宽依然窄至10.4 ns,如图3(a)所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]914nm LD抽运高效率腔倒空电光调Q激光器[J]. 周丹丹,尹兴良,王煜,姜梦华,惠勇凌,雷訇,李强. 中国激光. 2018(01)
[2]基于半导体激光器调制技术的978nm纳秒脉冲掺镱光纤激光器[J]. 周冠锐,师红星,金东臣,谭方舟,刘江,王潜,王璞. 中国激光. 2016(08)
[3]100W全光纤声光调Q光纤激光器实验研究[J]. 冯宇彤,王雄飞,朱辰,李尧,张昆,张大勇,赵鸿,姜东升. 强激光与粒子束. 2011(06)
本文编号：3031142
【文章来源】：中国激光. 2020,47(01)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
AOM主动调Q双包层光纤激光器结构示意图
图5为实验测得的图1所示光纤激光器输出调Q脉冲的脉宽、能量与重复频率之间的关系,其中,泵浦光功率保持为7 W,而给定不同调制频率下的占空比则由1\:1减小至恰好能消除脉冲缺失现象、且经单一腔循环就能基本实现腔倒空所对应的占空比。可见:调Q激光器的重复频率在10～150 kHz范围内可调,当重复频率较低时,输出脉冲能量较大,在10 kHz重复频率下,单脉冲能量可达130 μJ,但在10～150 kHz重复频率范围内,输出平均功率均大于1.3 W,并且脉宽处在9.6～10.4 ns之间,最窄脉宽为9.6 ns,脉冲与脉冲间的强度波动小于2%。此外,尽管随着调Q脉冲重复频率的降低,脉冲线宽会因光纤非线性而轻微展宽[24],但在10～150 kHz范围内,调Q脉冲的3 dB线宽均小于0.18 nm。4 结 论
由图2(a)还可看出,在7 W泵浦功率和1\:1占空比的10 kHz方波调制下,脉冲建立时间为220 ns,比Q开关打开持续时间50 μs小约两个量级,这意味着可通过减小占空比来提升增益光纤的粒子数反转度积累,进而获取更窄的脉冲[14]。图2(b)为7 W泵浦光功率下调制方波占空比分别降至1\:2、1\:5和1\:10时测得的输出调Q脉冲,可见:随着调制方波占空比减小,脉冲建立时间缩短,多峰数目减少,导致脉冲宽度变窄、脉冲幅度提升,这是掺杂光纤增益恢复时间延长带来的必然结果[14];当占空比降至1\:10时,仅需一圈腔循环就可实现腔倒空,对应的脉宽仅为9.6 ns,消除了AOM频移效应对输出脉冲相干性的影响。图2(c)给出了占空比为1\:10时测得的输出脉冲光谱,可见,光谱宽度仅为0.18 nm,信噪比高达50 dB;结合其时域波形展现的多峰振荡结构可以看出,该输出脉冲为窄线宽窄脉宽调Q激光脉冲,而不是调Q光纤激光器中常现的类ASE脉冲。值得指出的是,实验中发现,对于图2(b)中1\:10占空比下9.6 ns输出调Q脉冲前沿处的低幅度底座,可通过稍稍增大AOM上升沿时间而消除,这时的输出脉冲依然为单一腔循环输出,仅脉宽变为14 ns。减小占空比还有利于获得高重复频率的调Q脉冲。实验中发现,在保持单一腔循环实现腔倒空获取窄脉宽的前提下,对于1\:10的占空比,将调制频率提高到120 kHz时,调Q脉冲开始出现脉冲缺失现象。其原因是,随着调制频率提高,分配给增益光纤的增益恢复时间缩短,导致实际增益值降低。因此,当前序调Q激光脉冲因激光振荡将腔内反转粒子数耗尽后,在后续开关打开时间内调Q激光脉冲就难以建立。进一步减小占空比,通过相对地增加增益恢复时间可以使单一腔循环结构实现规整的脉冲输出。在7 W泵浦功率下,当占空比减小至1\:53时,可获得的最大的由单一腔循环构成的调Q脉冲重复频率高达150 kHz,对应脉宽依然窄至10.4 ns,如图3(a)所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]914nm LD抽运高效率腔倒空电光调Q激光器[J]. 周丹丹,尹兴良,王煜,姜梦华,惠勇凌,雷訇,李强. 中国激光. 2018(01)
[2]基于半导体激光器调制技术的978nm纳秒脉冲掺镱光纤激光器[J]. 周冠锐,师红星,金东臣,谭方舟,刘江,王潜,王璞. 中国激光. 2016(08)
[3]100W全光纤声光调Q光纤激光器实验研究[J]. 冯宇彤,王雄飞,朱辰,李尧,张昆,张大勇,赵鸿,姜东升. 强激光与粒子束. 2011(06)
本文编号：3031142
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