可调谐窄线宽单频光纤激光器的研制
基于光场量子态的量子信息研究
项目名称： 基于光场量子态的量子信息研究
一、研究内容
项目将围绕重大科学研究计划“量子调控”专项中的“基于光场量子态的量子信息研究”的指南内容，瞄准利用光场量子态进行量子信息处理中的关键科学和技术问题，如：稳定可靠的纠缠光源的获得，有效的纠缠光纯化以及光与原子量子接口的实现等开展深入的研究。从实验上构建稳定可靠、可扩展、易操控的量子信息处理物理系统，以及在原理探讨中加强核心技术的获得。
本项目拟解决的关键科学问题包括：
1. 具有实用价值的纠缠态光源的研制：需解决以下关键问题：（1）研制高质量高功率全固态1.5μm/1.3μm 连续单频激光光源、窄线宽连续可调谐钛宝石激光器；（2）降低作为泵浦源的激光器的位相噪声使之达到散粒噪声极限，最大限度克服其对量子纠缠态光场纠缠度的影响；（3）改善反馈控制系统以降低光束间相对位相波动，提高非线性晶体的控温精度，以获得高纠缠度连续变量量子纠缠态光场；（4）当非简并光学参量振荡器运转于阈值以上时，研究解决两个下转换模在光学参量振荡腔内的不平衡损耗；（5）优化基于光纤的纠缠光源的参数，提高纠缠度，并使该系统全光纤化。
2. 多色多组份纠缠态光场产生及量子态传输：需解决以下关键问题：（1）将作为泵浦源的光纤激光器输出噪声降低到散粒噪声极限水平；（2）寻找合适的控制参数，实现量子离物传态以及可控的量子克隆；（3）多色多组份纠缠态在传输和与节点发生相互作用过程中的消相干问题。
3. 量子纠缠纯化和量子接口：需解决以下关键问题：（1）制备非高斯混合纠缠态光场；（2）获得高光学厚度、极低温度的冷原子系综；（3）减小原子退相干效应对量子存储的影响；（4）设计可行的探测系统, 消除杂散光的影响，完成光场量子态信号的探测。
4. 单量子比特（光子或分子）的产生与探测及其在量子信息处理上的应用：需解决以下关键问题：(1) 利用低温超导技术实现微波段光场量子态的制备和表征;(2)实现光通信波段(即波长为1.3μm,1.5μm)和原子吸收线(即波长为780nm,850nm)的快响应时间、高量子效率和低暗计数率的超导单光子测量。
光纤激光器光谱合束技术综述
光纤激光器光谱合束技术综述
张大勇;郝金坪;朱辰;张昆;张利明
【摘 要】对实现高功率、高光束质量输出的光纤激光器光谱合束技术进行了综述。针对体布拉格光栅合束和多层介质膜光栅合束两种技术方案进行介绍，从合束原理、高功率窄线宽光纤激光器单元、光栅器件以及合束方案等方面进行分析。同时，针对近年来国内外在光纤激光光谱合束技术领域的发展也进行了归纳性的介绍。%The technology on spectral beam combining of fiber lasers to
achieve high power laser output and high beam quality is reviewed and
illustrated. Two ways of spectral beam combing including volume Bragg
grating combining and multilayer dielectric grating combining are
introduced. The principle of spectral beam combining,high power narrow
bandwidth fiber lasers,grating components and the schemes of beam
combining are analyzed. Furthermore,the devel-opments of spectral beam
combining of fiber lasers at home and abroad are summarized as well.
【期刊名称】《激光与红外》
【年(卷),期】2016(046)005
【总页数】5页(P517-521)
【关键词】光纤激光器;光谱合束;体布拉格光栅;多层介质膜光栅
【作 者】张大勇;郝金坪;朱辰;张昆;张利明 【作者单位】固体激光技术重点实验室，北京100015;固体激光技术重点实验室，北京100015;固体激光技术重点实验室，北京100015;固体激光技术重点实验室，北京100015;固体激光技术重点实验室，北京100015
单频DBR和DFB光纤激光器综述
收稿日期:1997-08-16单频DBR和DFB光纤激光器综述
张劲松 裴 丽 魏道平 赵玉成 简水生
(北方交通大学光波所,北京100044)
摘要 综合报导近年来单频DBR,DFB光纤激光器研究进展,并阐述了各种光纤激光器的机理,实验装
置和研究结果。关键词 单频光纤激光器;分布反馈;分布布拉格反射;空间烧孔效应;模式跳跃
TheSurveyofSingle-frequencyDBRandDFBFibreLasers
ZhangJingsong PeiLi WeiDaoping ZhaoYucheng JianShuisheng
(InstituteofLightwaveTechnology,NorthernJiaotongUniversity,Beijing100044)
Abstract Therecentdevelopmentofsingle-frequencyDBRandDFBfibrelasersissurveyed,theprinci-
ple,theexperimentalarrangementandtheresearchresultsofdifferentfibrelasersarealsodiscussed.
Keywords single-frequencyfibrelasers;distributedfeedback(DFB);distributedBraggreflector(DBR);spatialholeburning;modehops
1 引言
窄带,单频(单纵模)激光光源在光通信,传感,光
谱学等领域有着广泛的应用。虽然早在1961年Elias
Snitzer就发现了钕掺杂玻璃包层波导中的激光现
象[1],但以前人们主要使用半导体激光器。80年代中
期,由于英国南安普顿大学对掺铒光纤的研究取得突
破性进展,光纤通信系统对直接光放大的迫切需求,以
及90年代紫外写入光纤光栅等技术的日益成熟,且因
光纤光栅F_P标准具选模单频环形腔光纤激光器
第
18卷 第
12期强激光与粒子束
Vol.18,No.12
2006年
12月
HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSDec.,2006
文章编号
:
10012
4322(
2006)
122
19872
04
光纤光栅
F2
P标准具选模单频环形腔光纤激光器3
伍 波
, 刘永智
, 刘 爽
, 代志勇
(电子科技大学光电信息学院
,成都
610054)
摘 要
: 讨论了光纤光栅法布里2珀罗(
F2
P)标准具选模光纤激光器的单频运转原理
,并研制了全光纤结
构单频掺
Er3+
光纤环形激光器。实验中采用两个
976nm激光二极管双向泵浦作为泵浦源
,高掺杂浓度掺
Er3+
光纤作为增益介质
,以行波腔消除空间烧孔效应
,利用光纤光栅
F2
P标准具窄带选模特性
,当泵浦光功率
为
36mW时
,得到了稳定的单频激光输出。实验中使用了长
5和
3m的掺杂光纤
,在泵浦光功率为
145mW
时输出功率分别为
19和
42mW,光2光转换效率分别为
13%和
29%,斜率效率分别达到了
16%和
33%。输出
谱线
3dB带宽
0.01nm,无跳模现象。
关键词
: 激光技术
; 光纤激光器
; 环形腔
; 布里2珀罗标准具
; 光纤光栅
中图分类号
:
TN248 文献标识码
:
A
光纤激光器以其卓越的性价比
,以及抗电磁干扰能力强、转换效率高、线宽窄、输出光束质量好、可靠性高
等优点
,在光纤通信、激光加工、激光医疗、激光雷达、结构测距、光纤传感等方面得到日益广泛的应用。在光纤
激光器中
,光纤光栅通常用来作为反射腔镜
,产生窄带光谱输出[122]
,它可以使激光器紧凑、简单。与光纤法布
里2珀罗标准具相比
,光纤光栅标准具有更好的窄带选模特性
,可用来对光纤激光器选纵模。文献
[32
4]理论分
析了光纤光栅标准具的透射特性及纵模特性
,在掺铒环形腔光纤激光器腔内引入光纤光栅标准具作为选频器
件
,得到
3.16mW单频激光输出[5]
。采用掺铒镱双包层光纤作为增益介质
,在光环形器上以光纤光栅标准具
选频的光纤激光器得到了
全固态单频激光技术
全固态单频激光技术
李慧;王志敏;张丰丰;王明强;李家佳;崔大复;彭钦军;许祖彦
【摘 要】全固态单频激光器在高分辨率激光光谱学、相干通信、激光雷达、引力波探测等方面的重要应用,成为全固态激光器研究的一个重要方向. 概述了几种获得全固态单频激光器的方法,主要有短腔法、耦合腔法、双折射滤光片法、光栅选频法、插入标准具法、单向环形腔法、扭转模腔法等. 介绍了不同方法实现单频的基本原理及国内外进展,总结比较了它们各自的优缺点和适用范围,为不同的单频激光应用需求提供了不同的单频技术手段.%Single-frequency all-solid-state lasers
are widely used in the fields of high resolution spectroscopy , coherent
communication, radars, and gravitation-wave detection and so on .Single-frequency all-solid-state laser is one of the important research fields of all-solid-state lasers. To adopt appropriate single-frequency laser technology
better and meet different requirements in applications , several techniques
to realize single-frequency all-solid-state lasers were summarized , such as
microcavity , coupled cavity , birefringent filters , F-P etalons in cavity ,
激光器件的应用和发展前景讲解
激光器件的应用和发展前景
摘要
激光器件是近年来激光领域关注的热点之一，其中光纤激光器具有绝对理想的光束质量、超高的转换效率、完全免维护、高稳定性以及体积小等优点，应用领域广泛。国外对光纤激光器的研究不断有新进展，光纤激光器单模输出功率最高可达3kW。国内的科研单位在发展高功率光纤激光器方面，急起直追的攻克大功率光纤激光器的关键技术。本文简要阐述了光纤激光器件的结构和原理，主要阐述了其在通信、军事、国防、销毁弹药、微材料处理、造船业岩石及泥土材料处理、焊接、标刻、材料处理、材料、弯曲、激光切割、医疗、石油及航天等行业的应用，对光纤激光器件的发展做了回顾，并展望了光纤激光器件在新领域的应用前景，随着相关技术的完善，光纤激光器将向更广阔的领域发展，并有可能成为替代固体激光器和半导体激光器的新一代光源, 形成一个新兴的产业。
关键词：光纤激光器；掺杂光纤；输出功率
Abstract
In recent years, laser device is one of the hot areas of concern,
which is absolutely ideal for fiber laser with the beam quality, ultra-high conversion efficiency, totally maintenance-free, high stability, as
well as the advantages of small size and wide range of applications.
Overseas research on fiber lasers, there have been new progress in
single-mode fiber laser output power up to 3kw.China's scientific
research units in the development of high power fiber lasers, the catch
基于DSHI的窄线宽光纤激光器线宽测量
基于DSHI的窄线宽光纤激光器线宽测量
肖华菊;王翔;马云;张洁
【摘 要】窄线宽光纤激光器的线宽作为相干光学系统的重要参数需要进行准确的测定,延时自外差法(DSHI)是测量窄线宽比较理想的方法.本文讨论了DSHI测量线宽的基本原理,根据DSHI的功率谱表达式,利用MATLAB程序对不同光纤延迟线长度条件下的DSHI功率谱进行了仿真,并分析和讨论了光纤延迟线长度对线宽测量结果的影响.建立了1550 nm波长的DSHI线宽测量系统,对IPG公司的光纤激光器线宽进行了测量.该系统用示波器代替频谱仪,并采用FFT软件算法对示波器获取的光电流信号进行分析,测得该激光器的线宽约为16 kHZ,在理想的精度范围内.
【期刊名称】《光电工程》
【年(卷),期】2010(037)008
【总页数】5页(P57-61)
【关键词】线宽测量;光纤激光器;DSHI;光纤延时
【作 者】肖华菊;王翔;马云;张洁
【作者单位】中国工程物理研究院,流体物理研究所,冲击波物理与爆轰物理实验室,四川,绵阳,621900;西南交通大学,机械工程学院,成都,610031;中国工程物理研究院,流体物理研究所,冲击波物理与爆轰物理实验室,四川,绵阳,621900;中国工程物理研究院,流体物理研究所,冲击波物理与爆轰物理实验室,四川,绵阳,621900;西南交通大学,机械工程学院,成都,610031
【正文语种】中 文 【中图分类】TN247%TN253
0 引 言
窄线宽光纤激光器在光学测量和光通信领域有着十分广泛的应用，在许多系统中，如全光纤干涉仪、光纤载波传输系统、基于FMCW(Frequency-modulated
Continuous Wave)技术的光纤传感系统等，激光器的线宽特性对于系统精度有着十分重要的作用[1]。在FMCW技术系统中，激光器的线宽或相干长度决定了测量的距离和灵敏度。因此，对这类激光器的线宽进行测量是一项非常重要并且有意义的工作。
可调谐半导体激光器的发展及应用
可调谐半导体激光器的发展及应用
郝秀晴;陈根祥
【摘 要】如今可调谐半导体激光器的技术日益成熟,其在光通信网络的应用逐渐增加.通过介绍几种常见可调谐半导体激光器的原理及性能,阐述了其在国内外的发展现状;在此基础上指出目前供应商对通信光源的具体需求,从而为今后可调谐激光器的发展指明了方向,最后进一步对其市场应用前景进行了展望.
【期刊名称】《光通信技术》
【年(卷),期】2010(034)011
【总页数】4页(P4-7)
【关键词】可调谐半导体激光器;光纤通信;调谐原理
【作 者】郝秀晴;陈根祥
【作者单位】北京交通大学,光波技术研究所,北京,100044;北京交通大学,光波技术研究所,北京,100044
【正文语种】中 文
【中图分类】TN365
0 引言
随着各种新兴技术特别是波分复用（wavelengthdivision multiplexing,WDM）技术等在光通信领域中的广泛应用，使得人们对作为通信光源的激光器提出了更高的要求。如果采用传统的固定波长激光器来产生相应频率的光，不但需要封装多个激光器，使光源的体积变得很大，而且还会增加光通信网络的成本，限制了光网络的扩展及网络的灵活性[1]。通过引入可调谐半导体激光器，不仅可有效节省波分复用系统转换器，减少激光器以及其他模块的数量，还可有效降低光通信网络成本，改进光网络的功能性，并且还能提供动态波长,控制网络流量，自动恢复波长等功能[2]。
1 可调谐半导体激光器发展现状
到目前为止，可调谐激光器已发展出多种基于不同理论模型的实现方式，但其基本组成结构大致相同，主要包括具有有源增益区和谐振腔的激光器、改变和选择波长的可调装置以及稳定输出波长装置三个部分组成。通过直接或间接地改变激光器谐振腔的光学长度，使其中的谐振模式产生微小的变化，再通过选频元件选择出相应频率的光。其中能在较宽波长范围内产生激光的半导体有源区是必不可缺的，如今半导体有源区大多都采用多量子阱（multiple quantum well,MQW）结构，只要注入半导体内的电流足够大,量子阱结构便能够在很宽的频谱范围内产生光增益[3]。目前可调谐半导体激光器技术水平已经能与固定波长激光器相媲美，可完全实现整个C波段或L波段的带宽调谐。
光纤激光器原理
1 光纤激光器原理
光纤激光器主要由泵浦源，耦合器，掺稀土元素光纤，谐振腔等部件构成。泵浦源由一个或多个大功率激光二极管阵列构成，其发出的泵浦光经特殊的泵浦结构耦合入作为增益介质的掺稀土元素光纤，泵浦波长上的光子被掺杂光纤介质吸收，形成粒子数反转，受激发射的光波经谐振腔镜的反馈和振荡形成激光输出。
光纤激光器特点
光纤激光器以光纤作为波导介质，耦合效率高，易形成高功率密度，散热效果好，无需庞大的制冷系统，具有高转换效率，低阈值，光束质量好和窄线宽等优点。并且，光纤激光器的谐振腔内无光学镜片，具有免调节、免维护、高稳定性的优点；超长的工作寿命和免维护时间，平均免维护时间在10万小时以上。
光纤激光器原理图1:
峰值功率：脉冲激光器，顾名思义，它输出的激光是一个一个脉
2 冲，每单个脉冲有一个持续时间，比如说 10 ns(纳秒)，一般称作单个脉冲宽度，或单个脉冲持续时间，我们用 t 表示。这种激光器可以发出一连串脉冲，比如，1 秒钟发出 10 个脉冲，或者有的就发出
一个脉冲。这时，我们就说脉冲重复(频)率前者为 10，后者为 1，那么，1 秒钟发出 10 个脉冲，它的脉冲重复周期为 0.1 秒，而 1 秒钟发出 1 个脉冲，那么，它的脉冲重复周期为 1 秒，我们用 T 表示这个脉冲重复周期。
如果单个脉冲的能量为 E， 那么 E/T 称作脉冲激光器的平均功率，这是在一个周期内的平均值。例如， E = 50 mJ(毫焦)， T = 0.1 秒，
那么， 平均功率 P平均 = 50 mJ/0.1 s = 500 mW。
如果用 E 除以 t，即有激光输出的这段时间内的功率，一般称作峰值功率(peak power)，例如，在前面的例子中 E = 50 mJ, t = 10 ns,
P峰值 = 50 ×10^(-3)/[10×10^(-9)] = 5×10^6 W = 5 MW(兆瓦)，由于脉冲宽度 t 很小，它的峰值功率很大。
FBG 、DFB 、FP三类激光器的比较分析
FBG、DFB、FP三类激光器的比较分析
FP:Fabry-perot法布里-珀罗，就是说LD内有法布里-珀罗谐振腔；fp是F-P
腔的，多纵模。
DFB：DistributeFeedback分布反馈式.DFBLD与FPLD的主要区别在于它没有
集总反射的谐振腔反射镜，它的反射机构是由有源区波导上的Bragg光栅
提供的。DFB是分布式负反馈的，单纵模。
FBG：FiberBraggGrating即光纤布拉格光栅。
DFB激光器性能参数
DFB激光器是在FP激光器的基础上采用光栅虑光器件使器件只有一个纵模
输出，此类器件的特点：输出光功率大、发散角较小、光谱极窄、调制速率高，
适合于长距离通信。多用在1550nm波长上，速率为2.5G以上。
DFB激光器有以下性能参数：
工作波长：激光器发出光谱的中心波长。
边模抑制比：激光器工作主模与最大边模的功率比。
-20dB光谱宽度：由激光器输出光谱的最高点降低20dB处光谱宽度。
阈值电流：当器件的工作电流超过阈值电流时激光器发出相干性很好的激
光。
输出光功率：激光器输出端口发出的光功率。其典型参数见下表所示：
FP激光器
FP激光器是以FP腔为谐振腔，发出多纵模相干光的半导体发光器件。这类
器件的特点；输出光功率大、发散角较小、光谱较窄、调制速率高，适合于较长
距离通信。
FP激光器有以下性能参数：
工作波长：激光器发出光谱的中心波长。
光谱宽度：多纵模激光器的均方根谱宽。
阈值电流：当器件的工作电流超过阈值电流时激光器发出相干性很好的激
光。
输出光功率：激光器输出端口发出的光功率。典型参数见下表所示：
FBG激光器
在纤芯内形成的空间相位周期性分布的光栅，其作用的实质就是在纤芯内
形成一个窄带的（透射或反射）滤波器或反射镜。利用这一特性可制造出许多性
能独特的光纤器件。这些器件具有反射带宽范围大、附加损耗小、体积小，易与
光纤耦合，可与其它光器件兼容成一体，不受环境尘埃影响等一系列优异性能。
目前应用主要集中在光纤通信领域（光纤激光器、光纤滤波器）和光纤传感器领