双包层高功率可调谐短脉冲光纤激光器的研究

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1、第17卷增刊2006年6月光电子·激光JournalofOptoelectronics·LaserV01．17Suppl．2006双包层高功率可调谐短脉冲光纤激光器的研究韩剑欣，唐棣芳(上海交通大学技术学院)摘要：可调谐脉冲光纤激光器是目前最为活跃的激光光源器件。本文介绍了双包层可调谐光纤激光器的基本原理及特性，它可以提供高功率和短脉冲。关键词：可调谐脉冲；泵浦；双包层Abstract：Thefiberlaserofthetunablepulseisthemostactivelasernow．Thispaperdiscussedthebasicprinciplesandthecha

2、racteristicofthetwolayerstunablefiberlaser．ThislaserisabletOprovidethehighpowerandtheshortpulse．Keywords：TunablePluse；Pump；doubleclad1引言近期，随着光纤通信系统的广泛应用和发展，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日益得到重视。其中，以光纤作基质的光纤激光器，在降低阈值、振荡波长范围、波长可调谐性能等方面，已明显取得进步，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，是未来高速率密集波分复用系统和未

3、来相干光通信的基础。可调谐激光脉冲的产生是实现TDM／WDM技术的关键技术，同时也是非线性光学、瞬态光学等研究方面的前沿课题，具有重要的现实意义。光纤激光器不仅能够产生连续激光输出，而且能够实现ps～fs光脉冲的产生，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，在未来高速率通信系统中具有不可替代的重要地位，是目前激光技术领域的研究前沿之一。光纤具有相当多的可调参数和选择性，因此可获得的激光谱线相当多，加之光纤基质有很宽的荧光谱，插入适当的波长选择器可获得相当宽的可调谐范围和相当好的单色性和稳定性。因而光纤激光器很适合用于多信道光通信系统(WDM系统

4、)。WDM系统要求激光器的波长能够被精确控制。光纤激光器能设计成以单纵模连续工作，其波长可调谐范围达50nm且维持线宽低于10KHz。而半导体激光器的线宽远大于0．1MHz且波长可调范围低于10nm。光纤激光器采用光纤做增益介质，具有很大的表面积／体积比，这使其具有非常好的散热性能，因此，即使非常高功率的光纤激光器，增益介质也不会受到热损害，一般无需对增益介质采取特别的散热措施，而其他种类的激光器，增益介质的散热问题是需要重点考虑的，因此，该特点是光纤激光器所独有的。2可调谐脉冲光纤激光器的工作原理既然光纤激光器的谐振腔本身就是一段光纤，所以它不能像传统激光器那样在谐振腔内插入Q开

5、关来实现脉冲输出，因为把光纤谐振腔(就是光纤)拦腰截断插入Q晶体，一会增大插入损耗，二会影响整个激光器的紧凑性而无法实现光纤一体化。所以如何实现光纤激光器的脉冲输出又是一个全新的研究课题。目前比较成熟的技术是采用MO—PA(主振动功率放大)技术来实现。MO(MasterOscillator)就是主振动器，它其实就是一个功率(10—20mw)很小的激光器，一般可选用波长合适(如1064nm)的LD。小功率LD很容易通过驱动电流来直接调制输出参数，如重复频率、脉宽、脉冲波形以及功率大小，通过尾纤把光脉冲信号串联进PA(PowerAmplifier)一一光纤功率放大器进行光脉冲放大。光纤

6、放大器一般只用于光纤通讯，它的原理与光纤激光器十分相似，只不过撤掉了光纤两端的光纤光栅而无法形成激光振动，只起信号放大作用。光纤放大器能严格按照MO耦合进来的种子源光进行原形放大，却不改变·198激光波长、重复频率、脉宽和脉冲波形。所以脉冲激光器采用MOPA方式，既可得到优良的激光特性，又能大大提高输出激光的亮度。这是传统方式所无法达到的综合效果。从Mo出来的光脉冲通过PA放大器时，脉冲的各部位获得的增益会不同：脉冲前沿的增益按指数规律增加，脉冲后部的增益逐渐减少，脉冲后沿增益最小，尤其是如果脉冲信号光很强，或脉宽较宽时，脉冲后沿根本就得不到放大。所以在PA中一般要加上增益平坦器，

7、使得脉冲各部位得到均匀放大(如果人射信号的能量很小或者脉冲很短，整个脉冲可得到均匀放大，而且脉冲形状保持不变)。激光脉冲通过放大器之后，其波形的变化与入射信号脉冲的前沿上升速度有着直接的关系。如果信号光是高斯型脉冲，因脉冲前沿上升比指数还快，所以经过放大后，脉宽可以得到压缩；如果是指数型脉冲，形状和脉宽几乎都不变化；如果输入脉冲前沿上升时间比指数函数更缓慢，则放大后其脉宽会变宽。一般为了获得高功率、窄脉宽的激光脉冲，可以在信号进入放大器之前，采用削波技术切去脉冲的缓慢