光纤环形腔光反馈被动相干合成系统分析

唐选; 柯伟伟; 王小军

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

光纤环形腔光反馈被动相干合成系统分析

唐选, 柯伟伟, 王小军

文章导航 > 红外与激光工程 > 2014 > 43(5): 1421-1427

唐选, 柯伟伟, 王小军. 光纤环形腔光反馈被动相干合成系统分析[J]. 红外与激光工程, 2014, 43(5): 1421-1427.

引用本文:

唐选, 柯伟伟, 王小军. 光纤环形腔光反馈被动相干合成系统分析[J]. 红外与激光工程, 2014, 43(5): 1421-1427.

Tang Xuan, Ke Weiwei, Wang Xiaojun. Analysis on passive phasing in the ring-cavity fiber laser[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(5): 1421-1427.

Citation:

Tang Xuan, Ke Weiwei, Wang Xiaojun. Analysis on passive phasing in the ring-cavity fiber laser[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(5): 1421-1427.

光纤环形腔光反馈被动相干合成系统分析

唐选^1,2,
柯伟伟^1,2,
王小军^1,2

1.
中国工程物理研究院高能激光科学与技术重点实验室,四川绵阳 621900;
2.
北京应用物理与计算数学研究所,北京 100094

基金项目:

中国工程物理研究院高能激光科学与技术重点实验室基金（LJG2012-06）

详细信息

作者简介:
唐选（1983-），男，博士，主要从事激光物理方面的研究。Email：tang_xuan@iapcm.ac.cn

中图分类号: TN24

Analysis on passive phasing in the ring-cavity fiber laser

1.
Key Laboratory of Science and Technology on High Energy Laser,Chinese Academy of Engineering Physics,Mianyang 621900,China;
2.
Institute of Applied Physics and Computational Mathematics,Beijing 100094,China

摘要: 研究了光纤环形腔光反馈系统的锁相原理和锁相过程，分析了聚焦透镜焦距对锁相速度的影响；基于宽谱放大以及受激布里渊散射效应的数值模型，评估了系统各路之间光程的方差大小、动态相位噪声频率大小，受激布里渊散射效应对系统的选频过程及其稳定性的影响。计算结果表明，选择合适的聚焦透镜焦距，可以获得较快的锁相速度；相位噪声会引起光束质量退化，严重时导致跳模现象发生；高功率输出时，光纤中的受激布里渊散射效应会限制各频率下的峰值强度，并导致更多波长激射以及光束质量退化。理论证明了环形腔光反馈会提供一种模式线宽随反馈次数增加而不断压窄的机制，SBS 效应的存在则提供了一种谱线展宽机制，使得实际模式线宽稳定在均衡值。
- 环形腔光反馈被动相干合成 /
- 相位噪声 /
- 受激布里渊散射
Abstract: The theory and basic properties on the passive phasing in the ring-cavity structure was illustrated. The influence of the focal length on the mode-locking speed was analyzed. An analysis model was established consisting of a broad spectrum amplification model and a simplified model for stimulated Brillouin scattering effect. Speed and stability of the mode-locking in this scheme was shown to be determined by the variance of optical path difference, the dynamic phase noise and the stimulated Brillouin scattering effect. The simulation results show that, using a proper focal length, a fast mode-locking speed is obtained. The phase noise degenerates of the beam quality, and even causes the mode hoping. The stimulated Brillouin scattering effect of the fiber with high power output limits the peak power of each frequency, increases the peak number in the output spectrum, and causes degeneration of beam quality. The mechanism of the mode width decrease with the growth of feedback times is demonstrated in theory. The results show that the stimulated Brillouin scattering effect provides a mechanism of mode width growth, which makes the mode width maintain at a balanced value.
- passive phasing in the ring-cavity structure /
- phase noise /
- stimulated Brillouin scattering

[1]
[2]	Marmo J, Injeyan H, Komine H, et al. Joint high power solid state laser program advancements northrop grumman[C]//SPIE, 2009, 7195, 719507.
[3]	Shay T M, Baker J T, Sanchez A D, et al. High power phase locking of a fiber amplifier array [C]//SPIE, 2009,7195: 71951M.
[4]
[5]
[6]	Vorontsov M A. Adaptive photonics phase-locked elements(APPLE): system architecture and wave front control concept[C]//SPIE, 2005, 5895: 589501.
[7]
[8]	Zhou Pu, Ma Yanxing, Wang Xiaolin, et al. Coherent beam combination of three two-tone fiber amplifiers using stochastic parallel gradient descent algorithm [J]. Optics Letters, 2009, 34(19): 2939-2941.
[9]
[10]	Napartovich A P. Phase-locking of laser arrays: problems and solutions[C]//SPIE, 2000, 4065: 748-758.
[11]
[12]	Corcoran C J. Experimental demonstration of a phase-locked laser array using a self-Fourier cavity [J]. Applied Physics Letters, 2005, 86: 201118-201121.
[13]	Brusselback H, Jones D C, Mangir M, et al. Self-organized coherence in fiber laser arrays[J]. Optics Letters, 2005, 30: 1339.
[14]
[15]	Rothenberg Joshua E. Passive coherent phasing of fiber laser arrays [C]//SPIE, 2008, 6873: 687315.
[16]
[17]
[18]	Zhou Jun, He Bing, Xue Yuhao, et al. Study on passive coherent beam combination technology of high power fiber laser arrays[J]. Acta Optica Sinica, 2011, 31(9): 0900129. (in Chinese)周军, 何兵, 薛宇豪, 等. 高功率光纤激光阵列被动相干组束技术研究[J]. 光学学报, 2011, 31(9): 0900129.
[19]	Bochove Erik J, Shakir Sami A. Analysis of a spatial-filtering passive fiber laser beam combining system[J]. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, 2009,15(2): 320-327.

[1]	王坤, 谭博文, 陈义夫, 王雨雷, 白振旭, 吕志伟. 液体SBS-PCM中泵浦光重复频率对热对流特性的影响（特邀） . 红外与激光工程, 2023, 52(8): 20230415-1-20230415-8. doi: 10.3788/IRLA20230415
[2]	段良友, 刘贞, 沈琪皓, 何幸锴, 周鼎富, 张永科. 单频光纤放大器中泵浦作用的相位噪声 . 红外与激光工程, 2023, 52(1): 20220332-1-20220332-10. doi: 10.3788/IRLA20220332
[3]	廉玉东, 胡祺, 解璐洋, 靳鹏, 杜奋娇, 王雨雷, 吕志伟. 介质FC-770受激布里渊散射脉冲压缩Stokes线宽特性研究（特邀） . 红外与激光工程, 2023, 52(8): 20230402-1-20230402-6. doi: 10.3788/IRLA20230402
[4]	陈彬, 白振旭, 赵桂娟, 王雨雷, 吕志伟. 熔融石英中实现高效率的百毫焦受激布里渊散射 . 红外与激光工程, 2023, 52(8): 20230421-1-20230421-4. doi: 10.3788/IRLA20230421
[5]	柏汉泽, 钟艺峰, 任炽明, 黄俊杰, 田劲东, 熊德平, 孙敬华. 高次谐波锁模飞秒掺镱光纤激光器的噪声情况 . 红外与激光工程, 2022, 51(8): 20210779-1-20210779-7. doi: 10.3788/IRLA20210779
[6]	杨嘉川, 刘容玮, 解晓鹏. 基于微腔光梳的低相噪微波信号产生(特邀) . 红外与激光工程, 2022, 51(5): 20220236-1-20220236-7. doi: 10.3788/IRLA20220236
[7]	赵嘉熠, 谷一英, 胡晶晶, 李建, 赵明山, 韩秀友. 次谐波调制下光注入DFB-LD结构的可调谐光电振荡器 . 红外与激光工程, 2021, 50(10): 20200457-1-20200457-7. doi: 10.3788/IRLA20200457
[8]	王天齐, 康治军, 孟冬冬, 邱基斯, 刘昊. 受激布里渊散射相位共轭镜在高功率纳秒激光器中的应用进展 . 红外与激光工程, 2021, 50(5): 20211024-1-20211024-12. doi: 10.3788/IRLA20211024
[9]	冯力天, 赵培娥, 史晓丁, 靳国华, 杨泽后, 周鼎富, 侯天晋. 光源线宽对相干激光测风雷达探测性能的影响分析 . 红外与激光工程, 2019, 48(4): 406005-0406005(6). doi: 10.3788/IRLA201948.0406005
[10]	张利明, 鄢楚平, 冯进军, 张昆, 张浩彬, 朱辰, 张大勇, 赵鸿, 陈念江, 李尧, 郝金坪, 王雄飞, 何晓彤, 周寿桓. 180 W单频全光纤激光器 . 红外与激光工程, 2018, 47(11): 1105001-1105001(9). doi: 10.3788/IRLA201847.1105001
[11]	张颖, 柯熙政, 陈明莎. 受激布里渊散射波前畸变校正仿真实验 . 红外与激光工程, 2018, 47(11): 1122001-1122001(7). doi: 10.3788/IRLA201847.1122001
[12]	李永倩, 杨润润, 张立欣. 采用APD检测的编码瑞利BOTDA系统性能 . 红外与激光工程, 2017, 46(3): 322001-0322001(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0322001
[13]	尚秋峰, 毛训, 张立欣, 刘薇. 一种新型瑞利BOTDA系统的研究 . 红外与激光工程, 2017, 46(1): 120001-0120001(5). doi: 10.3788/IRLA201746.0120001
[14]	李永倩, 安琪, 李晓娟, 张立欣. 增益型受激布里渊相移谱宽范围功率特性 . 红外与激光工程, 2017, 46(1): 106001-0106001(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0106001
[15]	宋昭远, 姚桂彬, 张磊磊, 张雷, 龙文. 单频光纤激光器相位噪声的影响因素 . 红外与激光工程, 2017, 46(3): 305005-0305005(4). doi: 10.3788/IRLA201746.0305005
[16]	于梦, 张勇, 靳辰飞, 刘丽萍, 赵远. 利用游标效应提高微波光子学扫描式频率测量效率 . 红外与激光工程, 2016, 45(11): 1117004-1117004(5). doi: 10.3788/IRLA201645.1117004
[17]	陈牧, 柯熙政. 大气湍流对激光通信系统性能的影响研究 . 红外与激光工程, 2016, 45(8): 822009-0822009(7). doi: 10.3788/IRLA201645.0822009
[18]	黄琳, 王淑梅. 基于瑞利散射和布里渊散射的自调Q双包层掺镱光纤激光器研究 . 红外与激光工程, 2015, 44(12): 3517-3524.
[19]	王国松. 受激布里渊散射位相共轭激光器自调Q机理研究 . 红外与激光工程, 2013, 42(6): 1437-1442.
[20]	黄民双, 黄军芬. 布里渊光子晶体光纤环形移频器 . 红外与激光工程, 2012, 41(8): 2125-2129.

点击查看大图

计量

文章访问数: 257
HTML全文浏览量: 17
PDF下载量: 201
被引次数: 0

光纤环形腔光反馈被动相干合成系统分析

1. 中国工程物理研究院高能激光科学与技术重点实验室,四川绵阳 621900;

2. 北京应用物理与计算数学研究所,北京 100094

作者简介:
唐选（1983-），男，博士，主要从事激光物理方面的研究。Email：tang_xuan@iapcm.ac.cn

收稿日期: 2013-09-17
修回日期: 2013-10-24
刊出日期: 2014-05-25

基金项目:

中国工程物理研究院高能激光科学与技术重点实验室基金（LJG2012-06）

中图分类号: TN24

关键词:

摘要: 研究了光纤环形腔光反馈系统的锁相原理和锁相过程，分析了聚焦透镜焦距对锁相速度的影响；基于宽谱放大以及受激布里渊散射效应的数值模型，评估了系统各路之间光程的方差大小、动态相位噪声频率大小，受激布里渊散射效应对系统的选频过程及其稳定性的影响。计算结果表明，选择合适的聚焦透镜焦距，可以获得较快的锁相速度；相位噪声会引起光束质量退化，严重时导致跳模现象发生；高功率输出时，光纤中的受激布里渊散射效应会限制各频率下的峰值强度，并导致更多波长激射以及光束质量退化。理论证明了环形腔光反馈会提供一种模式线宽随反馈次数增加而不断压窄的机制，SBS 效应的存在则提供了一种谱线展宽机制，使得实际模式线宽稳定在均衡值。

English Abstract

Analysis on passive phasing in the ring-cavity fiber laser

1. Key Laboratory of Science and Technology on High Energy Laser,Chinese Academy of Engineering Physics,Mianyang 621900,China;

2. Institute of Applied Physics and Computational Mathematics,Beijing 100094,China

Received Date: 2013-09-17
Rev Recd Date: 2013-10-24
Publish Date: 2014-05-25

Keywords:

passive phasing in the ring-cavity structure /
phase noise /
stimulated Brillouin scattering

Abstract: The theory and basic properties on the passive phasing in the ring-cavity structure was illustrated. The influence of the focal length on the mode-locking speed was analyzed. An analysis model was established consisting of a broad spectrum amplification model and a simplified model for stimulated Brillouin scattering effect. Speed and stability of the mode-locking in this scheme was shown to be determined by the variance of optical path difference, the dynamic phase noise and the stimulated Brillouin scattering effect. The simulation results show that, using a proper focal length, a fast mode-locking speed is obtained. The phase noise degenerates of the beam quality, and even causes the mode hoping. The stimulated Brillouin scattering effect of the fiber with high power output limits the peak power of each frequency, increases the peak number in the output spectrum, and causes degeneration of beam quality. The mechanism of the mode width decrease with the growth of feedback times is demonstrated in theory. The results show that the stimulated Brillouin scattering effect provides a mechanism of mode width growth, which makes the mode width maintain at a balanced value.