光纖雷射器噪聲抑制研究獲進展

2020-08-18 中科院之聲

近日，中國科學院上海光學精密機械研究所中科院空間雷射信息傳輸與探測技術重點實驗室，在光纖雷射器頻率噪聲抑制研究中取得進展，基於腔內光學負反饋效應成功將單頻光纖雷射器的低頻頻率噪聲抑制至熱噪聲極限。該技術有望克服傳統雷射器頻率穩定技術複雜昂貴的限制，有效推動低噪聲單頻光纖雷射器從實驗室環境走向雷射雷達、光纖傳感等工業應用領域。相關研究論文發表在《光學快報》（Opt.Express）。

近年來，隨著雷射頻率穩定技術的迅速發展，低噪聲單頻光纖雷射器廣泛應用於光原子鐘、引力波探測等科技領域。然而，目前常用的高精度頻率穩定技術需要價格昂貴，體積較大的高穩腔、吸收池等作為頻率參考，並通過複雜的電學/光學反饋技術，限制了其在光纖傳感、雷射雷達等工業領域的應用。因此，低成本、高魯棒性的光纖雷射器噪聲抑制技術研究，具有重要的意義。

研究團隊通過對光纖雷射器諧振腔等效熱膨脹係數的控制，實現腔內熱光效應的精細調控，在雷射腔內部構建雷射器頻率的自反饋機制。通過理論推導和實驗研究，實現20dB的光纖雷射器低頻頻率噪聲抑制和熱噪聲極限的光纖雷射輸出。此外，該研究對自反饋機制下的光纖雷射器強度噪聲、環境魯棒性等性能進行全面的研究測試，證實了該技術的先進性。該研究有望有效推動單頻光纖雷射器在雷射雷達、光纖傳感等相關工業領域的應用。

研究工作得到國家自然科學基金、中科院戰略性先導科技專項（B類）、上海市揚帆人才計劃等的支持。

圖.雷射器頻率噪聲抑制結果及與商用雷射器的對比

來源：中國科學院上海光學精密機械研究所

相關焦點

  • 光纖雷射器噪聲抑制研究獲進展
    近日，中國科學院上海光學精密機械研究所中科院空間雷射信息傳輸與探測技術重點實驗室，在光纖雷射器頻率噪聲抑制研究中取得進展，基於腔內光學負反饋效應成功將單頻光纖雷射器的低頻頻率噪聲抑制至熱噪聲極限
  • 上海光機所光纖雷射器噪聲抑制研究獲進展
    近日，中國科學院上海光學精密機械研究所中科院空間雷射信息傳輸與探測技術重點實驗室，在光纖雷射器頻率噪聲抑制研究中取得進展，基於腔內光學負反饋效應成功將單頻光纖雷射器的低頻頻率噪聲抑制至熱噪聲極限。然而，目前常用的高精度頻率穩定技術需要價格昂貴，體積較大的高穩腔、吸收池等作為頻率參考，並通過複雜的電學/光學反饋技術，限制了其在光纖傳感、雷射雷達等工業領域的應用。因此，低成本、高魯棒性的光纖雷射器噪聲抑制技術研究，具有重要的意義。
  • 深度解析:光纖隨機雷射器及其應用研究進展!
    光纖隨機雷射器不同於常規光纖雷射器，激射過程不依賴於傳統的諧振腔結構，因而具有結構更簡單、轉換效率更高、相位噪聲更低、穩定性更好、可靠性更高、壽命更長、維護更簡單等突出優點，有望形成新一代的光纖雷射器，因此，開展光纖隨機雷射技術的研究具有重要的科學意義與應用價值。
  • 周期倍增鎖模光纖雷射器研究獲進展
    近期，中國科學院上海光學精密機械研究所高功率光纖雷射技術實驗室在周期倍增鎖模光纖雷射器方向的研究取得新進展。通過一種九字形光纖雷射器獲得了周期倍增的超短脈衝，揭示了從周期性穩態到混沌狀態的典型演化過程，相關成果發表於《光學快報》（Optics Express）。
  • 大負色散耗散孤子光纖雷射器研究獲進展
    近期，中國科學院上海光學精密機械研究所高功率光纖雷射技術實驗室在大負色散耗散孤子光纖雷射器方向的研究中取得進展。通過一種九字形光纖雷射器結合啁啾光纖光柵，獲得工作在大負色散區域耗散孤子脈衝，並通過數值仿真揭示大負色散耗散孤子的工作機制，相關研究成果發表在Optics Letters上。耗散孤子光纖雷射器已被證實是一種獲得高單脈衝能量、高峰值功率的超快雷射脈衝的有效手段。目前，多數報導的耗散孤子光纖雷射器工作在正色散區域。
  • 摻鐿光纖雷射器光子暗化現象的研究進展
    近年來，摻鐿光纖雷射器輸出功率已達到萬瓦量級，然而隨著高功率雷射器運行時間的增加，會出現由於光纖損耗增大而導致的輸出功率減小的現象，即光子暗化現象（Photodarkening，PD），導致雷射閾值增加，系統穩定性降低，工作壽命變短，限制了摻鐿光纖雷射器的進一步發展。因此，摻鐿光纖光子暗化現象的研究對摻鐿光纖雷射器的發展具有重要意義。
  • 大負色散耗散孤子光纖雷射器研究取得進展
    近期，中國科學院上海光學精密機械研究所高功率光纖雷射技術實驗室在大負色散耗散孤子光纖雷射器方向的研究取得了新進展。
  • 我國科學家大負色散耗散孤子光纖雷射器研究取得進展
    近期，中國科學院上海光學精密機械研究所高功率光纖雷射技術實驗室在大負色散耗散孤子光纖雷射器方向的研究中取得進展。通過一種九字形光纖雷射器結合啁啾光纖光柵，獲得工作在大負色散區域耗散孤子脈衝，並通過數值仿真揭示大負色散耗散孤子的工作機制，相關研究成果發表在Optics Letters上。耗散孤子光纖雷射器已被證實是一種獲得高單脈衝能量、高峰值功率的超快雷射脈衝的有效手段。目前，多數報導的耗散孤子光纖雷射器工作在正色散區域。
  • 光子晶體光纖在光纖雷射器中的應用分析
    引言　　光纖雷射器作為雷射領域的新興技術， 近年來成為科學研究領域的熱點問題。光纖雷射器採用光纖作為增益介質，泵浦光在纖芯內形成高功率密度，當加入正反饋迴路時，便產生雷射輸出。對於採用常規光纖的光纖雷射器，要求注入到纖芯的泵浦光為單模，這就限制了泵浦光的入纖效率。且當雷射器高功率運轉時，由於纖芯的非線性效應，也將限制輸出功率的極限值。光子晶體光纖由於其靈活的光學可控性和特殊結構，可具有大模面積且保持無限單模的特性， 有效地克服了常規光纖的設計缺陷。
  • 單頻光纖雷射器:具有長相干、窄線寬優勢 在諸多特殊領域發揮重要...
    與其他雷射器相比，光纖雷射器擁有結構簡單、轉換效率高、光束質量好、維護成本低、散熱性能好等優點，因此，目前光纖雷射器已經成為金屬切割、焊接等傳統工業製造領域的主流光源。據OFweek產業研究中心數據顯示，2018年全球雷射器市場規模達137.54億美元，同比增長5.3％；其中光纖雷射器佔比51.4％，同比增長6.1％。
  • 新款QCL控制器,電流噪聲極小的半導體雷射器控制器
    （簡稱ppqSense）推出了一款市面上性能好的QCL雷射器控制器QubeCL，是目前市面上電流噪聲最小的半導體雷射器控制器。義大利ppqSense擁有最低電流噪聲的專利技術，其QubeCL系列產品由INO－CNR（義大利國家光學研究所）、LENS（歐洲非線性光譜實驗室）和佛羅倫斯大學共同開發，用於最先進的科學研究。
  • 一個鎖模光纖雷射器,居然也有這麼多種類
    圖1 雷射腔中鎖模構成時域上的超短脈衝[1]如果鎖模雷射器的增益介質為光纖，則稱之為鎖模光纖雷射器。光纖雷射器具有光束質量好、散熱性好、性能可靠、使用方便等優點，受到廣泛的研究。連續或準連續（脈寬在納秒或以上）光纖雷射器已經得到了廣泛的應用。近年來，鎖模光纖雷射器的研究發展迅猛，其產生的超短脈衝所能達到的強度記錄不斷被刷新，其性能已接近或達到固體雷射器的水平，預計未來幾年有望在應用上有較大的突破。鎖模光纖雷射器有很多形態，以下按照不同的角度嘗試對鎖模光纖雷射器進行分類。
  • 光纖雷射器的最新進展及未來發展
    光纖放大也用於MOPA結構，目的是產生更高功率的雷射輸出。另一個例子是光纖放大自發輻射光源。還有一個例子是拉曼光纖雷射器，一些新的研究正使用氟化物玻璃光纖代替傳統的石英光纖。　　然而，通常使用石英玻璃來製作光纖。主要的摻雜元素有鐿(Yb)和鉺(Er)。Yb中心波長在1030～1080nm間，能獲得寬波段的雷射輸出。
  • 光纖雷射器水聽器陣列獲突破
    ——自從1977年首次報導光纖水聽器以來，光纖水聽器技術得到了很大發展。目前主要有兩類主流的光纖水聽器，一是幹涉型光纖水聽器，另一種是光纖雷射器水聽器。光纖雷射器水聽器採用光纖雷射器諧振腔作為傳感單元，具有體積小、靈敏度高的特點，很適合用於構造小體積、高靈敏度無源聲納系統。據目前的報導，光纖雷射器水聽器都是通過波分復用（WDM）技術構成水聽器陣列。
  • 基於宇稱-時間對稱的單縱模光纖雷射器
    對於相位噪聲低、線寬窄、光功率高的長腔雷射器，由於雷射腔內增益介質的增益譜寬度通常比雷射器的模間距大幾個數量級，相鄰兩個模式之間的增益差值很小，很難通過控制雷射閾值來實現單模振蕩。在雷射腔中加入一個光學濾波器，可以減少滿足閾值條件模式的數量，是實現單模雷射輸出的常用手段。如果濾波器的通帶足夠窄，就可以保證單模雷射。
  • 保偏光子晶體光纖雷射器實驗研究
    折射率引導型光子晶體光纖(photonic crystal fiber，PCF)，可通過調整光纖空氣孔徑和空氣孔周期比(d／A)，及內外包層中空氣孔的大小和密度，實現大單模模場面積及大內包層數值孔徑設計，同時纖芯的高濃度稀土摻雜為採用較短長度的光纖構建大功率雷射器提供了可能。深圳大學在光子晶體光纖雷射器研究領域已經取得了一定進展。
  • 中國光纖雷射器的「全明星」
    光纖雷射器作為目前最為活躍的雷射光源器件，是在EDFA技術基礎上發展起來的技術，它是雷射技術的前沿課題。　　早在1961年，美國光學公司的E.Snitzer等就在光纖雷射器領域進行了開創性的工作，但由於相關條件的限制，其實驗進展相對緩慢。
  • 「熱門」高功率光纖雷射器關鍵技術及進展
    近年來，光纖雷射器輸出功率快速增長，高功率光纖雷射器各項關鍵技術的研究都取得了較大突破，增益光纖有了多種新型結構設計的摻雜光纖(如雙包層光纖、光子晶體光纖等)；泵浦耦合技術實現了端面、側面泵浦等多種耦合方式；雷射模式控制技術解決了高功率光纖雷射器光束質量和輸出功率之間的矛盾；光纖雷射器光束合成技術的研究也取得了較多成果。以下將綜述光纖雷射器關鍵技術的研究和發展情況。
  • 光纖中的後向散射噪聲及在NG-PON系統中對上行信號的影響
    NG-PON2技術作為一種新興的光接入技術受到人們的廣泛關注和研究，而隨著NG-PON2標準(ITU-T G.989)的推出，其研究更加熱門。在NG-PON2中一般要求ONU是無色無光的，下行信號和上行信號在同一個波長、同一根光纖中傳輸，後向散射噪聲會對上行信號產生串擾，影響系統性能。
  • 2μm波段多波長可調諧光纖雷射器新研究
    2μｍ波段摻銩光纖雷射器工作在人眼安全波段、效率高、光束質量好，可廣泛應用於雷射醫療、傳感、雷達和空間通信等領域，也可作為3--5μｍ中紅外光參量振蕩的泵浦源。近十年，摻銩光纖雷射技術在高功率、寬調諧範圍及脈衝雷射領域已取得了快速的進展。