1 上海理工大学光电信息与计算机工程学院,上海 200093
2 中国科学院上海光学精密机械研究所中科院空间激光传输与探测技术重点实验室,上海 201800
面向空间引力波探测对激光光源相对强度噪声的严苛需求,开展了极低相对强度噪声在低频段的测试表征技术研究。构建了基于低噪声光电探测器、高精度数字万用表以及快速傅里叶(FFT)频谱分析仪在低频段0.1 mHz~100 kHz的相对强度噪声测试系统。利用高精度数字万用表及FFT分段Smooth窗函数平滑算法实现对0.1 mHz~0.5 Hz的极低频段内相对强度噪声测试,本底噪声低于-99 dBc/Hz,同时利用低噪声放大器及FFT频谱分析仪测试在1 mHz~100 kHz的相对强度噪声,本底噪声低于-105 dBc/Hz。两种测试手段在1 mHz~0.5 Hz重叠频段内噪声测试结果的一致性验证了所构建测试系统在低频段测试结果的准确性。利用所构建的相对强度噪声测试系统对自研空间引力波探测用平面波导环形腔(NPRO)激光器、商用光纤激光器、商用外腔半导体激光器等多种激光器进行测试评估,并对其噪声成分及来源进行分析。所构建的低频段相对强度噪声测试系统可满足空间引力波探测对激光强度噪声评估的需求,同时也适用于其他低频段精密测量应用的激光光源噪声评估。
单频激光器 噪声测试 相对强度噪声 快速傅里叶变换 空间引力波探测 中国激光
2023, 50(23): 2301009
1 中国科学院上海光学精密机械研究所中科院空间激光信息传输与探测技术重点实验室,上海 201800
2 上海理工大学光电信息与计算机工程学院,上海 200093
针对高速光通信和微波光子系统对单频激光源极低相对强度噪声(RIN)的需求,开展了极低本底相对强度噪声测试方法的研究。首先分析了相对强度噪声测试中激光相对强度噪声、系统散粒噪声和热噪声等主要要素的影响,然后提出了基于增大光电流并结合低热噪声的频谱探测的方式降低测量极限的方法,实现了极低本底单频激光相对强度噪声测试,频谱分析频段可达到40 GHz,测量本底达-171 dBc/Hz。基于该方法和系统,更加精细地研究、表征了光通信中的光放大和强度调制过程的相对强度噪声特征,清晰地展示了极低本底下典型激光光源的噪声滚降和多个弛豫振荡峰、强度调制谐波失真等特性,证实了极低本底噪声测量方法的有效性。研究结果在激光器性能的设计优化和应用系统的选型评估等方面具有重要的应用前景。
激光器 单频激光器 噪声测试 相对强度噪声 高速光通信 微波光子 中国激光
2023, 50(22): 2201003
Author Affiliations
Abstract
1 Center for Advanced Laser Technology, Hebei University of Technology, Tianjin, China
2 Hebei Key Laboratory of Advanced Laser Technology and Equipment, Tianjin, China
3 MQ Photonics Research Centre, Department of Physics and Astronomy, Macquarie University, Sydney, Australia
This study analyzes the linewidth narrowing characteristics of free-space-running Brillouin lasers and investigates the approaches to achieve linewidth compression and power enhancement simultaneously. The results show that the Stokes linewidth behavior in a free-space-running Brillouin laser cavity is determined by the phase diffusion of the pump and the technical noise of the system. Experimentally, a Stokes light output with a power of 22.5 W and a linewidth of 3.2 kHz was obtained at a coupling mirror reflectivity of 96%, which is nearly 2.5 times compressed compared with the linewidth of the pump (7.36 kHz). In addition, the theorical analysis shows that at a pump power of 60 W and a coupling mirror reflectivity of 96%, a Stokes output with a linewidth of 1.6 kHz and up to 80% optical conversion efficiency can be achieved by reducing the insertion loss of the intracavity. This study provides a promising technical route to achieve high-power ultra-narrow linewidth special wavelength laser radiations.
high power narrow linewidth single-frequency laser stimulated Brillouin scattering High Power Laser Science and Engineering
2023, 11(4): 04000e47
Author Affiliations
Abstract
1 Hangzhou Institute for Advanced Study, University of Chinese Academy of Sciences, Hangzhou, China
2 Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai, China
The phase summation effect in sum-frequency mixing process is utilized to avoid a nonlinearity obstacle in the power scaling of single-frequency visible or ultraviolet lasers. Two single-frequency fundamental lasers are spectrally broadened by phase modulation to suppress stimulated Brillouin scattering in fiber amplifier and achieve higher power. After sum-frequency mixing in a nonlinear optical crystal, the upconverted laser returns to single frequency due to phase summation, when the phase modulations on two fundamental lasers have a similar amplitude but opposite sign. The method was experimentally proved in a Raman fiber amplifier-based laser system, which generated a power-scalable sideband-free single-frequency 590 nm laser. The proposal manifests the importance of phase operation in wave-mixing processes for precision laser technology.
high power phase summation single-frequency laser stimulated Brillouin scattering sum-frequency generation High Power Laser Science and Engineering
2023, 11(2): 02000e18
华中光电技术研究所-武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430233
窄线宽激光具备极高的频谱密度、极低的相对强度噪声和相位噪声以及超长的相干长度, 在诸多领域发挥重要应用。首先介绍了窄线宽激光器压缩线宽的基本理论和设计思路, 随后介绍了四类当前最具代表性的外腔窄线宽半导体激光器, 分析了其各自基本结构、关键技术、性能特点以及国内外发展现状, 最后总结了几类外腔窄线宽半导体激光器的应用推广潜力, 并展望了窄线宽激光器的发展前景。
窄线宽 半导体激光 外腔 单频激光 光反馈 narrow-linewidth semiconductor laser external cavity single frequency laser optical feedback
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院激光与光电子研究所,天津 300072
2 天津大学光电信息技术教育部重点实验室,天津 300072
报道了基于掺Yb3+石英有源光纤的高峰值功率脉冲单频激光主振荡功率放大器(MOPA)。实验研究了主放大器中有源光纤长度对脉冲单频激光峰值功率、受激布里渊散射(SBS)阈值和光-光转换效率的影响,为优化激光器的转换效率和抑制SBS效应提供了依据。当使用的有源光纤长度为0.9 m时,21 W泵浦功率下脉冲宽度为2.4 ns、重复频率为20 kHz的1064.4 nm脉冲单频激光的平均输出功率为4.37 W,且没有明显的连续波放大自发辐射(ASE)成分,对应的单脉冲能量为0.22 mJ,峰值功率可达91 kW。最大输出功率时脉冲单频激光光谱线宽为279 MHz,光信噪比为45 dB,光束质量因子M2为1.44。
光纤光学 脉冲单频激光 光纤激光器 主振荡功率放大器 受激布里渊散射
红外与激光工程
2022, 51(6): 20220133
红外与激光工程
2022, 51(1): 20210905
1 山东大学信息科学与工程学院, 山东 青岛 266237
2 山东省激光技术与应用重点实验室, 山东 青岛 266237
3 山东大学光学高等研究中心, 山东 青岛 266237
采用熔融芯法制备出高增益的Yb∶YAG晶体衍生光纤,纤芯内Yb2O3的掺杂浓度(质量分数)达到5.25%。光纤在976 nm处的增益系数为12.6 dB/cm,在1550 nm处的传输损耗为1.29 dB/m。采用DBR线性腔结构,将8 mm长的Yb∶YAG晶体衍生光纤作为增益光纤,实现了17.8 mW的976 nm单频激光输出,对应的斜效率为12.1%,激光的信噪比大于45 dB,线宽小于41 kHz。
激光器 单频激光 光纤激光器 976 nm激光 Yb∶YAG晶体; 晶体衍生光纤 中国激光
2021, 48(12): 1201010