横向啁啾体布拉格光栅外腔二极管激光器光谱特性研究

采用光束传输法分析了横向啁啾体布拉格光栅的衍射特性,实验研究了横向啁啾体布拉格光栅外腔二极管激光器的功率特性、光谱特性和波长调谐特性,数值计算和实验结果表明:横向啁啾体布拉格光栅的峰值衍射效率随着入射光束在啁啾方向上尺寸的增大而降低,光谱选择宽度随着入射光束在啁啾方向上尺寸的增大而增大;当横向啁啾体布拉格光栅的啁啾方向与二极管激光器的快轴方向一致时,外腔二极管激光器的外腔效率为85%,在808.05 nm处的输出激光光谱宽度为0.27 nm;当横向啁啾体布拉格光栅的啁啾方向与二极管激光器的慢轴方向一致时,外腔二极管激光器的外腔效率为89%,在808.05 nm处的输出激光光谱宽度为0.3 nm,两种外腔激光器都较好地实现了约15 nm波长调谐范围,且在整个调谐范围内输出功率波动范围分别小于1%(快轴方向一致)与1.5%(慢轴方向一致)。     

用干涉自相关包络宽度测量超短激光脉冲啁啾

为了测量超短激光脉冲啁啾值,提出了一种用2次干涉自相关包络宽度测量啁啾值的简单方法。利用2次干涉自相关包络宽度对啁啾有很高的灵敏度、含有不同啁啾量的超短激光脉冲有不同的包络宽度的特性,通过对高斯型强度分布的线性、平方及立方啁啾的干涉自相关包络函数进行了理论分析,得到包络宽度与啁啾量值之间的对应关系。采用干涉自相关2次谐波检测系统对加浓染料激光器输出的含有啁啾的脉冲进行测量,其干涉自相关包络宽度为1.15,被测超短激光脉冲啁啾为1.0。结果表明,根据含有啁啾的干涉自相关曲线两翼的特征,可判断啁啾阶数,再根据包络宽度与啁啾值的对应关系,可估定啁啾量值;用干涉自相关包络宽度能容易地测量超短激光脉冲的啁啾量值。     

DFB半导体激光器的频移和色散脉冲崎变

根据分布反馈（ＤＦＢ）半导体激光器的耦合波理论和电吸收调制器模型，推导出了描述ＤＦＢ／ＥＡ集成器件中调制器的端面反射造成的激光器的静态频移和动态频移的解析表达式，动态频移（“反射啁啾”）正比于调制器的有效端面反射率。利用动态频移模型对光脉冲经过反常色散光纤传输后的波形进行了计算机仿真，取得了与实验一致的结果。结果表明：无论脉冲的初始啁啾的正负如何，“反射啁啾”总是使得传输后的脉冲变窄，当反射啁啾为正时，脉冲的上升沿出现“过冲”，而下降沿变缓；当反射啁啾为负时，情况与之相反。     

62fs掺钛蓝宝石自锁模激光器

该激光器为“Z”字形四镜折迭光腔。两聚焦球面反射镜的曲率半径为10cm,其间插有长2cm掺钛蓝宝石。两聚焦镜是对720nm至820nm全反射,对488nm和514nm高透射的双色镜。激光器的一端为透射率为3.5％的输出镜,另一端为全反镜,中心波长在780nm。全反镜与其中一个聚焦镜之间插入双石英棱镜对,以补偿腔内正色散和自相位调制引起的正啁啾。该激光器无需在光腔内插入小孔光阑,也无需利用棱镜顶端对光谱成份的限制作用,即可在3.5～5W全线输出氩离子激光器泵浦下实现稳定自锁模运转。输出脉冲宽度62fs,平均功率     

色散管理光纤锁模激光器在近零色散域的非线性优化

目前,飞秒激光脉冲因脉冲宽度窄和峰值功率高的特点被广泛运用在多种领域中。其中,色散管理光纤锁模激光器因其特有的腔内呼吸机制使输出的激光脉冲能量更高,光谱更宽、脉宽更窄。使用啁啾布拉格光纤光栅进行色散管理的光纤锁模激光器能够实现真正的全光纤结构,提升激光器的紧凑性和稳定性,因此基于啁啾布拉格光纤光栅进行色散管理的光纤锁模激光器具有更加实际的应用意义。采用数值模拟的方法,研究了基于啁啾布拉格光纤光栅进行色散管理的掺镱光纤锁模激光器中单模光纤在腔内的不同分布对脉冲动力学过程和输出脉冲参数的影响。系统分析了谐振腔内净色散值不同时,腔内单模光纤的分布对脉冲在腔内的动力学过程的影响。模拟结果表明,在腔内净色散值为负时,啁啾布拉格光纤光栅与增益光纤间的单模光纤越短,光纤激光器维持稳定单脉冲运行的最大泵浦强度更高且输出光谱更宽,从而能够获得脉宽更窄的去啁啾脉冲;腔内净色散值越接近零时,啁啾布拉格光纤光栅与增益光纤间的单模光纤长度对输出脉冲参数作用的影响越显著;腔内净色散值为正时,单模光纤在腔内的分布对输出脉冲影响逐渐减弱,优化单模光纤分布提升锁模激光器性能并不明显。最后,提出了一种通过改变单模光纤在腔内的分布来提高激光器输出性能的优化方法。     

利用DCF,DSF和ED-NALM获得无基座超短光脉冲的设计方案

提出了一种利用色散补偿光纤(DCF)、色散位移光纤(DSF)和非线性掺铒光纤放大环镜(EDNALM)对增益开关分布反馈(GSDFB)半导体激光器产生的啁啾光脉冲进行压缩的方案。数值模拟的结果表明,利用此方案可将GSDFB半导体激光器产生的脉冲宽度(半极大全宽度)为30ps的啁啾光脉冲压缩为180fs的无基座超短脉冲。     

高斯脉冲在光纤中传输的光纤光栅色散补偿研究

高斯脉冲在光纤中传输一段距离后，啁啾系数和脉冲宽度均要发生变化，不同啁啾系数和脉冲宽度的高斯脉冲经过啁啾光纤光栅反射后的脉宽压缩特性也不同。本文介绍了啁啾高斯脉冲在光纤中的传输特性以及啁啾高斯脉冲经啁啾光纤光栅反射后的传输特性。理论分析和实验均表明，使用啁啾光纤光栅实现长距离色散补偿时，最佳色散补偿长度与光栅位置有关。     

不对称干涉自相关测量超短激光脉冲啁啾方向

提出了测量超短激光脉冲混合啁啾方向的方法。这种方法是基于混合啁啾方向随干涉自相关(IAC)信号不对称性及超短激光脉冲光谱不对称性的变化而变化。据此,得到用(IAC)包络差值信号及超短激光脉冲光谱判断线性啁啾与平方啁啾的方向。采用IAC二次谐波检测系统对加浓染料激光器输出的脉冲进行了测量,获得了被测超短激光脉冲的线性啁啾值及平方啁啾值的正与负。从而实现了对超短激光脉冲混合啁啾方向的测量。     

啁啾脉冲高斯光束在自由空间的传输

基于瑞利-索末菲衍射积分,使用复解析信号法推导出了啁啾脉冲高斯光束在自由空间中的传输方程及其傅里叶谱,给出了远场的光场和空间光强的解析式,研究了啁啾参数C对脉冲光束传输的影响。结果表明,当啁啾参数C较小时,随啁啾参数增加,其轴上光谱蓝移增加C2倍,其轴上谱线宽度增加(1 C2)1/2倍。随衍射角增大,轴外光谱红移比无啁啾参数时快。脉冲宽度较小时,啁啾参数增大,轴上光强增大,横向光强分布越集中于传输轴附近;脉冲宽度较大时,啁啾参数增大对横向光强的影响减小。啁啾参数的正负号不影响横向光强分布和光谱分布。     

碰撞锁模染料激光器中激光脉冲的啁啾特性及其色散补偿

从实验上研究了碰撞锁模染料激光器中激光脉冲的啁啾性质.分析了采用两块棱镜组成的棱镜对进行内腔补偿时,棱镜对的色散对输出激光脉冲的宽度、稳定性及光谱特性的影响.     

啁啾脉冲光学参量振荡器及宽谱中红外激光的产生（特邀）

宽谱中红外激光光源在红外显微光谱学、环境监测、医疗诊断以及超短脉冲产生等领域有着广阔的应用前景和急迫的需求。聚焦同步泵浦光学参量振荡器（SPOPO）的输出光谱带宽,提出了一种能够有效消除泵浦脉冲宽度对于SPOPO宽谱输出性能的限制的运转模式,即啁啾脉冲光学参量振荡器（CPOPO）。提出并介绍了基于自相位调制（SPM）效应和采用啁啾准相位匹配（CQPM）晶体这两种CPOPO的具体技术方案。基于周期极化铌酸锂（PPLN）晶体成功实现了以宽谱啁啾脉冲运转的CPOPO,最终分别获得了覆盖2.9~4.1 μm （约30 THz）、功率为92 mW和2.9~5.0 μm （约44 THz）、功率为64 mW的宽谱中红外激光输出。     

基于啁啾脉冲放大的掺铒全光纤结构激光器

为了使全光纤结构啁啾脉冲放大实现超短激光的脉冲输出,采用色散补偿光纤对种子脉冲进行了展宽,利用普通单模光纤来实现放大后脉冲的压缩。对整体激光系统进行了理论分析和实验验证,获得了420fs的超短激光脉冲,平均功率达到1.81W。并利用周期极化的铌酸锂晶体对放大激光脉冲进行倍频,将激光波长拓展到近红外的780nm附近,光谱半峰全宽达到11nm。结果表明,在全光纤结构的掺铒光纤激光系统中,可以通过改变色散光纤的插入量对脉冲展宽和压缩过程中光谱畸变进行有效的控制。这一结果对于实现高功率的全光纤超短脉冲放大系统是有帮助的。     

基于Mach-Zehnder干涉仪的扫描限幅法用于啁啾脉冲频谱整形

为了补偿啁啾脉冲放大(CPA)中的光谱增益窄 化效应,需要对种子激光脉冲进行频谱整形。基 于内置KTN电光晶体的Mach-Zehnder干涉仪,提出了一种用于啁啾激光脉冲频谱整形的扫描 限幅方法。从 理论上分析了KTN电光晶体上加载的静态电压和动态电压对扫描限幅装置透射谱函数的影响 ,并讨论了电 压相对于频率变化的时延和电压自身的抖动对脉冲频谱整形效果的影响。数值结果表明:根 据所需要的频 谱分布可以逆算得到加载到电光晶体上的电压,从而随时间控制啁啾脉冲各频率成分的透射 率,实现啁啾 脉冲频谱的整形;采用所提出的扫描限幅方法,对中心波长800nm, 啁啾参数等于21230,对应带宽为20nm的一阶高斯型脉冲进行频谱整形,得到了与所需频谱分布几乎一致的近平顶 形状的频谱分布;电压相对于 频率变化的时延和电压自身的抖动越大,整形后的脉冲频谱分布与所需频谱相差越远。为了 获得与所需频 谱一致的整形频谱分布,需要尽量保证电压与频率在时间上的匹配,以及尽量减小电压的抖 动。     

光子晶体光纤中频率啁啾对超连续谱的影响

基于光子晶体光纤(PCF)中脉冲演变遵循的非线性演化方程,用数值方法研究了反常色散情形下PCF中脉冲初始啁啾对超连续谱产生的影响,探讨了利用脉冲啁啾控制超连续谱产生的方法。结果表明：正、负啁啾均使谱展宽的速率变小,尤其是负啁啾情形,展宽速率更小,说明啁啾对谱展宽是不利的;在一定的初始条件下,光谱展宽存在一个最佳光纤长度,在这个长度处,光谱展宽最大,进一步增加光纤长度,谱宽基本保持不变;相对于变换极限脉冲来说,初始正、负啁啾脉冲对应的最佳光纤长度分别缩短和延长。     

高重频风冷声光调Q光纤激光器实验研究

为了实现功率稳定的风冷高重频脉冲光纤激光器,采用主振荡功率放大结构,对声光调Q的全光纤激光器进行了研究.振荡级采用声光调Q方案,以光纤光栅对为激光器腔镜,915nm激光二极管连续抽运,得到了中心波长1064nm、重复频率10kHz到130kHz可调的激光脉冲输出.采用两级大模场双包层光纤放大,实现了平均功率101W、脉冲宽度328.1ns、3dB光谱宽度0.6nm的激光输出.第二放大级光光转换效率69%,激光器总光光转换效率达62.7%.分析了声光调Q产生的宽种子光脉冲经放大后发生波形畸变的原因.结果表明,采用915nm抽运波长提高了激光器输出激光功率稳定性,在风冷的情况下输出功率长期稳定性优于2%.     

Extreme chirped pulse oscillator (XCPO) using a theta cavity design

We demonstrate an extreme chirped pulse mode-locked laser, simultaneously generating near-transform-limited 3.9-ps optical pulses and /spl sim/510-ps linearly chirped output from the oscillator. The design overcomes fundamental limitations of energy extraction and nonlinearities induced by gain dynamics so that we can increase the dc current of the semiconductor optical amplifier up to 600 mA without distortion of the pulse characteristics. The maximum average power of the stretched pulses from the 1.95-GHz harmonically mode-locked semiconductor laser is measured to be 13.4 mW at 600 mA.     

Chirped Microwave Pulse Generation Based on Optical Spectral Shaping and Wavelength-to-Time Mapping Using a Sagnac Loop Mirror Incorporating a Chirped Fiber Bragg Grating

In this paper, we propose and demonstrate an approach to optically generating chirped microwave pulses with tunable chirp profile based on optical spectral shaping using a Sagnac loop filter incorporating a chirped fiber Bragg grating (CFBG) and linear wavelength-to-time mapping in a dispersive element. In the proposed approach, the optical power spectrum of an ultrashort optical pulse is shaped by a CFBG-incorporated Sagnac loop mirror that has a reflection spectral response with a linearly increasing or decreasing free spectral range. The spectrum-shaped optical pulse is then sent to a dispersive element to perform the linear wavelength-to-time mapping. A chirped microwave pulse with the pulse shape identical to that of the shaped spectrum is obtained at the output of a high-speed photodector. The central frequency and the chirp profile of the generated chirped microwave pulse can be controlled by simply tuning the time delay in the Sagnac loop mirror. A simple mathematical model to describe the chirped microwave pulse generation is developed. Numerical simulations and a proof-of-principle experiment are implemented to verify the proposed approach.      

LD 脉冲泵浦被动调Q 窄脉冲大能量全固态激光器

利用Nd:YAG/Cr4+:YAG 键合微片激光晶体研制了被动调Q 大能量窄脉冲的全固态激光器,激光器采用脉冲激光二极管泵浦方式,设计了本振级和两级放大结构,分析了激光器系统的自激振荡和其抑制方法,在激光器本振级获得稳定脉冲激光输出的基础上,当两级放大器泵浦电流分别为83A 和85 A 时,获得了最大单脉冲输出能量为120 mJ,脉冲宽度为1.28 ns 的1 064 nm 激光输出,激光通过倍频后可得到65 mJ 的532 nm 绿光输出,其窄脉宽和高光束质量特性可为飞秒激光器啁啾放大提供良好的泵浦源。     

百皮秒激光脉冲的全光纤放大及应用

为了得到高单脉冲能量的百皮秒激光脉冲,采用自制的被动锁模掺镱光纤激光器获得了100ps的激光脉冲输出,在此基础上采用两级全光纤结构主振荡功率放大器进行功率放大,其中预放大级采用7m纤芯的双包层掺镱光纤做增益介质,得到平均功率160mW的稳定脉冲输出;主放大级采用20m纤芯的双包层掺镱光纤做增益介质,在抽运功率逐步增加到35.37W时,输出功率达到了16.60W,相应的单脉冲能量为1.63J,峰值功率为16.61kW。此外,主放大级输出的激光通过自制的模场转换器与光子晶体光纤(纤芯4.6m)成功熔接,得到了2.85W的白光超连续光谱,光谱波长覆盖了600nm~1700nm的检测范围。结果表明,此激光可用于超连续谱光源的产生。     

飞秒激光脉冲技术的发展和应用

飞秒脉冲固体激光技术是９０年代以一发展起来的新的技术热点，运用所谓克尔透镜锁模原理以及色散补偿技术，人们可以轻易地从振荡器中获取小于１０飞秒的光脉冲。与此同时，掣波脉冲放大已经把脉冲的峰值功率提高到兆兆瓦水平。这些进步又推动了飞秒光脉冲的应用。本文简要地回顾了飞秒脉冲技术的发展过程和现状，以及某些应用。