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光纤低反端输出光谱的研究

[ 时间:2018-04-16 来源:http://www.kenflor.com 作者:佛山肯富来水泵厂 点击: ]

DSCCP光纤振荡器的出光功率和效率都比较好,而且还有进一步优化和提高的空间。对于振荡器而言,出光的光束质量和时间稳定性都是非常重要的,因此我们也对400W输出振荡器的光束质量进行了测量。首先佛山肯富来水泵厂测量了出光阈值附近的激光光束质量。光束质量测量结果如图1所示

图1:振荡器出光阈值时光束质量结果

振荡器出光阈值时光束质量结果

测量结果显示,X轴方向的M2因子为1.783,Y轴方向的M2因子为1.815,总的M2因子为1.799。由于出光阈值附近,只有高增益和低损耗的基模和低阶模才能起振出光,光斑形状也非常好,因此光束质量较好。当泵浦光功率足够强时,能够起振的模式都会出现,因此光束质量会变差。

图2显示的是泵浦光最高功率时测得的信号光光束质量图。

图2:振荡器光束质量测量结果

振荡器光束质量测量结果

当泵浦功率稍微增加时(通常在30W左右),DSCCP光纤的信号纤便很容易出现断点,通过显微镜观察可以发现纤芯已经烧毁。可能是由于自激振荡产生了峰值功率很高的脉冲光,达到破坏阈值后把纤芯烧毁了。而对于1018nm的光纤激光器,由于在掺镱光纤中其吸收截面比976nm的光小1〜2个数量级,因此吸收系数要小很多,光纤中的增益自然也小很多,因此光纤中的自激脉冲能量也要小很多,脉冲能量甚至能够达到一种随着泵浦光功率可控的状态。同时,佛山肯富来水泵泵浦要求的光纤长度相对较长,能够激发许多非线性效应。这样基于级联泵浦的自发辐射就能够研究很多新的光谱产生的过程,具有非常重要的意义。

图3:泵浦ASE输出功率曲线图

泵浦ASE输出功率曲线图

实验时,在信号纤的两端同时用功率计探测输出功率,并分别测量出射光谱。由于光场的损耗非常大,而增益并不高,因此ASE出光阈值很高,泵浦光功率需要达到一二十瓦。

前向和后向的输出功率分别为3.83W和3.85W,斜率效率分别为5.4%和5.5%。出光效率非常低,主要原因是光纤的损耗较大,1018nm激光器级联泵浦的吸收很弱,需要的光纤长度又较长,因此导致出光效率特别低。

当泵浦电流小于5A时,测得的光谱比较平滑,且光谱成分都不超过1200nm,是纯粹的ASE光谱。光谱呈现双峰的结构,分别位于1040nm和1080nm附近,且长波的峰值较高,这主要是因为光纤较长,短波段光谱的重吸收造成的。当泵浦电流超过6A时,在1080nm附近的峰值处出现了自激尖峰,并且在超过1200nm的光谱段出现了越来越多的随机尖峰。随着泵浦电流的增大,这些尖峰越来越密,最后形成的超连续谱光谱甚至扩展到了1700nm。除去1080nm附近自激尖峰,光谱的20dB带宽覆盖了1060nm至1650nm。在最高功率时,前向光谱出现了明显的3级拉曼峰值,整体光谱相对较平。预计随着功率进一步增加,光谱将变得越来越宽,越来越平坦。

后向光谱中1018nm的泵浦光成分非常少,可能是端面反射的回光造成的。后向光谱与前向光谱对应得很好。同样在泵浦电流小于5A时,只有ASE的光谱成分出现,没有超过1200nm的光谱成分,但是只存在一个1080nm附近的ASE峰值。当佛山肯富来水泵泵浦电流超过6A时,在1080nm附近出现了自激振荡尖峰,同时在超过1200nm的波段也出现了越来越多的随机尖峰。在泵浦电流达到10A时,形成的超连续谱光谱覆盖了1060nm至1650nm,除去1080nm附近自激尖峰,光谱的20dB带宽覆盖了1060nm至1400nm。并且光谱中只有一级明显的拉曼峰值出现,相比前向光谱,后向光谱的谱宽和平坦性都较差。这说明后向光的非线性作用较弱,因为光纤的增益主要集中在光纤的前面部分,前向光传输经过的光纤较长,产生的受激拉曼散射等非线性效应较强,因此光谱展宽和平坦性都较好。

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