激光差频技术实现高平均功率3.8 μm纳秒中波红外激光输出实验研究

报道了利用脉冲激光差频技术获得波段在3.8μm纳秒中波红外激光输出的实验研究。分别研制了基于增益调制半导体激光器和"8字腔"锁模掺Yb光纤激光器的1094 nm纳秒脉冲激光种子,经光纤激光放大后获得平均功率为40 W的高光束质量线偏振泵浦光。研制了脉冲同步的1535 nm的信号光种子及输出平均功率为3 W的掺Er光纤激光放大器。将放大后的1535 nm线偏振信号光与1094 nm泵浦光共线入射到作为非线性晶体的周期性畴极化反转掺镁铌酸锂(PPMgLN)晶体中,利用激光差频技术实现了平均功率为5 W的3.8μm纳秒脉冲激光输出。     

10 W量级高功率中红外超快光纤激光系统中色散管理的仿真设计

超快光纤激光器具有结构紧凑、可靠性高和光束质量好等优点,在科学研究和工业生产上有广泛的应用。2～5μm波段的中红外超快光纤激光器在气体探测、激光手术与中红外对抗中具有巨大的应用潜力,已成为超快光纤激光器领域的一个研究热点,尤其是利用掺杂铒离子的氟化物光纤作为增益光纤的光纤激光器,其可利用常见的980 nm泵浦激光产生2.8μm波段的超快激光,是研究最为广泛的中红外超快光纤激光器系统之一。然而,2.8μm波段的超快光纤激光器无论是在平均功率还是在单脉冲能量上,都与国际先进的近红外波段超快光纤激光器存在较大差距。前期报道的2.8μm超快光纤激光器输出的最高平均功率约为1 W,单脉冲能量约为30 nJ,这极大地限制了中红外超快光纤激光在高灵敏度气体测量等领域的应用。针对这一问题,本文设计了一套基于掺杂铒离子氟化物光纤的多级啁啾脉冲放大系统,并对其进行了数值模拟,此系统可将脉冲平均功率放大到10 W量级,从而获得超过250 nJ的单脉冲能量。此系统输出的高能量中红外脉冲具有约400 fs的超宽脉冲宽度,脉冲峰值功率可达450 kW。     

光学泵浦锁模InGaAsP激光器

我们研制成了一种可调谐的同步泵浦InGaAsP锁模连续激光器,其输出功率为2mw。采用机械斩波泵浦光束,获得脉宽约6pS的带宽有限的脉冲。用一台Kr~ 激光器纵向泵浦时,2至5μm厚的LPE四元层在1.1和1.2μm波长激射。峰值输出功率超过25w,调谐范围超过25nm,还实现了非锁模运转。     

1.7 μm全光纤锁模脉冲掺铥光纤激光器研究

1.7 μm超短脉冲光纤激光器在生物成像和材料加工等领域具有重要的应用前景,受到了科学家们的极大关注。基于非线性偏振旋转锁模技术,实验搭建了全光纤结构的1.7 μm锁模脉冲掺铥光纤激光器。通过在激光器内加入光纤滤波器抑制掺铥光纤中的长波激光发射,同时采用纤芯泵浦的方式有效获得了1.7 μm波段的增益。激光器输出脉冲的光谱中心波长为1733 nm,3 dB带宽为6.3 nm。锁模脉冲的重复频率为19.56 MHz,平均功率为1.4 mW。同时,数值模拟了脉冲在激光器的腔内演化。文中提出的1.7 μm全光纤锁模激光器有利于进一步提高1.7 μm激光源的稳定性和集成度,在生物成像等领域具有重要的应用价值。     

33.8W高效率中红外2.8μm光纤激光器

为了提升中红外光纤激光器的功率和效率,基于掺铒氟化物光纤的高效热管理技术、高性能中红外光纤端帽制备技术和高功率泵浦激光的高效耦合技术,利用高功率976 nm半导体激光器,单端泵浦8 m长、掺杂铒离子的摩尔分数为7%的氟化物增益光纤,实现了33.8 W的中红外2.8μm激光输出,据我们所知,这是单端泵浦中红外光纤激光器的最高功率水平,此时激光器的光光转换效率达26.4%。     

1975年美国激光工程和应用会议技术报告摘要选辑

1.3 Nd:YAC激光泵浦的一种同步锁模染料激光器的非线性混频,放大和微微秒脉冲的产生利用锁模激光器泵浦的染料激光器,可产生与泵浦脉冲时间同步的极短脉冲。本文介绍利用条纹照相机进行的微微秒脉冲形成的研究。这是一种同步锁模染料激光器,用被动锁模Nd:YAG倍频激光器泵浦。利用光源的同步性质,并通过非线性方法,就可以制成高增益的短脉冲染料放大器,获得可调波长(紫外和红外)的超短(微微秒级)     

全光纤结构波长可调谐被动锁模掺铥光纤激光器

波长为2μm的中红外掺铥光纤激光器可广泛应用于激光医疗、人眼安全雷达、非金属材料加工、光电对抗等领域,具有其他类型光纤激光器不可替代的重要作用。报道了一种全光纤结构波长可调谐被动锁模掺铥光纤激光器。该光纤激光器利用半导体可饱和吸收镜与高双折射率光纤环镜实现锁模皮秒脉冲与波长可调谐激光输出。高双折射率光纤环镜由2×2激光分束器和高双折射光纤组成,实验中通过改变光纤环镜中高双折射光纤的温度,得到了中心波长可调谐范围为1952～1967 nm,调谐宽度为15 nm,重复频率为29 MHz,最短脉冲宽度为6 ps的可调谐皮秒脉冲激光输出。     

1053nm超短脉冲光纤激光的产生

为了研究环形腔掺Yb3+光纤激光器的输出特性,采用两个波长为976nm的半导体激光器作为超短脉冲激光器的抽运源,利用非线性偏振旋转锁模技术,实现了激光器的自起振锁模运转.实验中通过调节掺杂光纤的长度和偏振控制器波片的位置实现了锁模脉冲的波长调谐,在掺杂光纤长度为1.6m时,获得了波长为1053nm、最大输出功率为9.5mW、光谱宽度为6nm、重复频率为23.7MHz的超短光脉冲输出.实验结果与分析表明,采用调节光纤的长度和偏振控制器可实现超短脉冲光纤激光器的波长调谐.     

被动调Q锁模掺镱光纤激光器

报道了基于偏振旋转技术等效快可饱和吸收体的被动调Q锁模光纤激光器,采用976 nm半导体激光器作为抽运源,高掺杂浓度的Yb3 光纤作为增益介质构成环形腔,通过调节抽运光功率和偏振控制器的角度得到了调Q,调Q锁模与锁模三种稳定的输出脉冲。获得的锁模脉冲中心波长为1.05μm,重复频率为20 MHz,脉冲光谱宽度为13.8 nm,抽运功率为270 mW时,锁模平均输出功率为15.82 mW;调Q频率为17.54 kHz,调Q脉冲宽度为8μs,光谱宽度为4.7 nm;调Q锁模中调Q重复频率为300 kHz。     

用半导体饱和吸收镜进行Yb:YAG晶体被动锁模特性研究

为了研究半导体泵浦的Yb:YAG晶体被动锁模特性,分别采用光纤耦合输出激光器,半导体列阵和激光二级管作为泵浦源,利用直腔和五镜谐振腔,用半导体饱和吸收体(SESAM)作为被动锁模器件,对Yb:YAG晶体的被动锁模运转情况进行研究.实验中分别得到了谱线宽度为1.1nm,2nm和2.8nm的稳定锁模脉冲序列.最后得出结论,对于相同的SESAM,被动锁模脉宽主要受晶体内部的泵浦光功率密度和激光介质发射带宽两个因素的影响.对被动锁模激光器的研究具有指导意义.     

非线性偏振旋转锁模光纤激光器数值模型

利用二能级Giles模型来计算掺铒光纤增益,并通过琼斯矩阵描述偏振控制器,提出了一种基于非线性薛定谔方程的非线性偏振旋转锁模光纤激光器的数值模型。该模型具有物理意义更加清晰、便于分析泵浦功率对锁模影响的优点。采用1.0 m长的掺铒光纤、5.8 m长的单模光纤和85:15的输出耦合器,当泵浦功率为25 mW时数值计算得到均方根宽度为0.30 ps的超短脉冲。研究了泵浦功率对锁模脉冲波形和光谱的影响,并讨论了泵浦功率与掺铒光纤中增益分布的关系。通过实验得到了锁模脉冲,其光谱形状与仿真得到的结果相似。测量了不同泵浦功率下脉冲的平均功率,变化趋势也与理论值吻合。     

全光纤结构被动锁模2μm掺铥光纤激光器

由于水分子在2μm波段有很强的中红外吸收峰,而掺铥光纤激光器可以发射2μm波长附近的激光,因此掺铥光纤激光器可广泛应用于生物医疗、国防工业等领域。北京工业大学高功率光纤激光课题组成功实现了高脉冲能量全光纤结构被动锁模的     

高平均功率连续锁模中红外光纤激光器

正中红外3μm波段被动锁模超短脉冲光纤激光光源在军事和民用方面都有潜在应用,如激光医疗、激光光谱学、材料处理及产生中红外超连续谱的抽运源等。基于掺钬或钬谱共掺、掺铒或铒镨共掺的ZBLAN光纤的中红外被动锁模光纤激光器成为国内外研究热点。已有报道中中红外被动锁模光纤激光器连续锁模时最高输出平均功率为1.05 W。本课题组利用半导体可饱和吸收镜(SESAM)作为锁模元件,在对光纤端面进行有效防护和进一步优化     

波长扫描锁模掺Er光纤激光器的实验研究

阐述了波长扫描锁模掺Er光纤激光器的工作机制,并进行了实验研究.用波长980nm的激光二极管作为泵浦源,在可调谐滤波器100 Hz的扫描频率下,得到了重复频率25 MHz,波长扫描范围1 527～1 534 nm的稳定脉冲序列.激光器以锁模运转的阈值泵浦功率为8.7 mW.当入纤泵浦功率为57.6 mW时,得到了平均功率为0.68 mW的脉冲输出.     

基于氧化石墨烯与半导体可饱和吸收镜的锁模飞秒掺铒光纤激光器

分别将氧化石墨烯可饱和吸收镜(GOSAM)与半导体可饱和吸收镜(SESAM)作为可饱和吸收体,在同一掺铒光纤激光器中均实现了全光纤结构、稳定的锁模飞秒脉冲输出。实验用抽运源为中心波长974 nm的半导体激光器,抽运1.4 m长的吸收率为7 d B/m的掺铒光纤,谐振腔总腔长约为12 m。以GOSAM作为可饱和吸收体,当抽运功率为29 m W时,激光器产生稳定的锁模脉冲输出,脉冲宽度最窄为703 fs,光谱中心波长为1557.67 nm,3 d B带宽为3.91 nm。使用调制深度为18%的SESAM作为可饱和吸收体,当抽运功率为32 m W时也可得到锁模脉冲,脉冲宽度为542 fs,光谱中心波长为1561.5 nm,3 d B带宽为5.41 nm。实验表明,新型激光锁模器件氧化石墨烯的可饱和吸收效应可与SESAM媲美,且兼具价格低廉、制备简单的优势,在实现超短脉冲运转方面具有广阔的实际应用前景。     

二硫化钼掺镱光纤激光器连续和调Q实验研究

采用环形腔结构,实现了1063 nm双包层掺镱光纤激光器的连续和调Q运转。光纤激光器连续输出结果表明,在输出透过率和泵浦功率固定时,存在最佳输出光纤长度。在3m最佳光纤长度时,得到平均输出功率270 mW,中心波长1063 nm、斜率效率为21.5 %的连续激光输出。采用自制的二硫化钼(MoS2)作为可饱和吸收体(SA),实现了掺镱光纤激光器的稳定调Q运转。当泵浦功率在185~560 mW范围内变化时,实现了稳定的调Q脉冲输出,调Q脉冲最大平均输出功率为2.18 mW,相应的脉冲宽度最窄为45 ns,最大重复频率为61.7 kHz,相应的单脉冲能量为38 nJ。脉冲宽度、重复频率、平均输出功率与泵浦功率近似呈线性关系。在实验中还发现了不稳定的被动锁模序列,并给出了合理的理论解释。     

基于NPR效应的可调谐多波长被动锁模光纤激光器

提出了一种基于非线性偏振旋转(NPR)效应的被动锁模光纤激光器,以980 nm半导体光源作为泵浦源,5 m长的掺铒光纤(EDF)作为增益介质,利用两个偏振控制器(PC1和PC2)和一个偏振相关隔离器(PDI)产生NPR效应,作为等效可饱和吸收体,实现对脉冲的窄化,产生稳定的锁模脉冲输出,脉冲宽度为36.02 ns,并通过改变腔中单模光纤的长度探究激光器的输出与腔长的关系,当腔长较长时,实现锁模需要的阈值功率降低,锁模脉冲稳定性较好.通过结合一个3 dB耦合器、1 m保偏光纤(PMF)和一个偏振控制器(PC3)构成的Sagnac环结构,作为梳状滤波器,实现了 C波段从单波长到五波长的多波长可调谐激光输出,并对输出光谱的稳定性进行了测试,光谱稳定性在室温条件下表现良好.实验结果说明该激光器在电域可以产生稳定的锁模脉冲,在光域可以产生C波段从单波长至五波长的可调谐的激光输出,具有广阔的应用前景和较高的研究价值,例如生物医疗领域和波分复用领域.     

掺Yb3 光纤环形腔锁模激光器的实验研究

报道了以掺Yb^3＋光纤作为增益介质的环形腔光纤激光器产生超短脉冲的实验研究。在掺Yb^3＋光纤环形腔激光器中，通过调节偏振控制器（PC）的状态和减少腔内损耗，利用非线性偏振旋转效应实现被动锁模，通过改变泵浦功率分别获得了调Q锁模和锁模2种稳定运转状态。其中，调Q锁模的中心波长为1051nm，激光光谱宽度为11．5nm；锁模输出的中心波长为1051nm，激光光谱宽度为13．8nm，重复频率为19MHz。给出了实验结果并作了简要的分析。     

调Q锁模运转的全固态Tm:LuAG陶瓷激光器

采用垂直生长法制备的氧化石墨烯（Graphene oxide, GO）作为可饱和吸收体,利用典型“X”型折叠腔在全固态Tm:Lu₃Al₅O₁₂(Tm:LuAG)陶瓷激光器中实现了调Q锁模运转。以790 nm激光二极管(Laser diode, LD)作为泵浦源,当泵浦功率大于8 W时,激光器进入稳定的调Q锁模状态。当输出镜透过率为5%时,连续光最高输出功率为714 mW,斜效率为4.94%。当泵浦达到16 W时,激光器最大输出功率为200 mW , 光谱中心波长为2024 nm,脉冲宽度约为695 ps,对应的锁模脉冲重复频率为108.7 MHz,调Q包络中锁模脉冲的调制深度接近100%。该2 μm超短脉冲激光器在生物医学和激光通讯等领域具有非常重要的应用。     

基于饱和吸收镜的被动锁模掺铒光纤激光器

为了研究基于半导体可饱和吸收镜的被动锁模光纤激光器的输出特性,采用1480nm的半导体激光器作为抽运源,利用掺铒光纤作为增益介质,以及光纤环行器、偏振控制器、波分复用器和耦合器等构成了环形腔结构的被动锁模光纤激光器。实验中获得了峰值波长1586nm、光谱宽度4.8nm、重复频率11.2MHz、最大平均输出功率8.4mW的稳定锁模激光脉冲输出。结果表明,调整光纤偏振控制器会使光纤激光器输出脉冲的时域波形略微发生变化,在实际应用中需要注意偏振态变化对锁模光纤激光器输出脉冲时域特性的影响。这一结果对于半导体可饱和吸收镜在被动锁模光纤激光器中的应用及其特性具有一定帮助。