飞秒钛宝石激光器Kerr透镜锁模动态的特性研究

研究了Kerr透镜锁模钛宝石激光器中腔内群色散改变时脉冲的动态特性。实验研究了腔内群色散改变时输出脉冲的频谱、中心波长以及脉宽的变化规律;观测和解释了脉冲频谱的双峰结构;给出了脉冲宽度与腔内色散的具体关系式;获得了最短为14.6fs的自锁模脉冲     

钛宝石晶体色散特性的理论研究

本文采用激光经典理论中色散与吸收(增益)的关系,结合钛宝石吸收与荧光光谱资料,计算了钛宝石晶体的色散特性,得到了钛宝石在吸收区的反常色散和增益区正常色散曲线。结果表明,在一般条件下,由吸收和增益所造成的折射率变化可以忽略,在考虑折射率与波长的关系时,仍可按正常色散处理.     

波长脉宽可调的ps钛宝石自锁模激光器

利用Ｇｉｒｅｓ－Ｔｏｕｒｎｏｉｓ干涉仪提供负群速度色散补偿钛宝石棒产生的正色散，以获得稳定的ｐｓ自锁模脉冲。腔内插入双折射滤光片实现波长调谐。     

线性调频介质反射镜优化的钛宝石激光器

线性调频介质反射镜优化的钛宝石激光器由于钛宝石增益带宽宽（ＦＭＨＭ约２００ｕｒｎ）并具有优良的机械和热性能，很可能是赶快激光器最成功的激光介质。采用自锁模或Ｋｅｒｒ透镜锁模技术可有效利用钛宝石板定的光谱带宽获得超快脉冲。平均输出功率２Ｗ、脉宽５０ｆｓ...     

采用钛宝石薄片作为增益介质的再生放大器

实验研究了以钛宝石薄片作为增益介质的再生激光放大器,其钛宝石薄片厚度为2mm,前表面作为通光面,镀有对抽运激光和放大激光增透的高阈值双色介质膜,后表面作为反射面,镀有对抽运激光和放大激光高反的高阈值双色介质膜,晶体对抽运激光的吸收率大于80%(1次透射和1次反射)。在再生腔中,钛宝石晶体不仅作为增益介质,也作为反射腔镜,简化了放大腔腔型。钛宝石晶体采用端面冷却的方式,极大地降低了晶体中的热效应,从而提高了放大脉冲激光的光束质量,在此基础上获得了能量为5.2mJ的放大激光脉冲输出,能量转换效率达到11.5%,放大激光光束质量因子M2小于1.2。     

啁啾脉冲激光放大器输出光束时间特性的理论和数值模拟

利用分布傅里叶变换对描述啁啾脉冲放大的非线性薛定谔方程进行求解 ,研究了在钕玻璃和钛宝石这两种增益介质中 ,自相位调制、增益变窄和增益饱和这三种非线性效应对放大啁啾脉冲输出特性的影响 ,具体给出了在不同放大介质中 ,它们对放大脉冲的影响程度和影响结果。重点阐明了自相位调制对放大啁啾脉冲的影响 ,及其与另外两种非线性效应的内在联系     

高色散镜压缩飞秒激光脉冲

德国科研人员研制了一种有可能替代飞秒激光系统中棱镜和光栅的高色散镜.钛宝石飞秒激光器通常采用棱镜或衍射光栅来进行脉冲的展宽和压缩,但这些光学系统复杂、损耗高、对准直要求高.     

负色散镜的设计、制备及在掺钛蓝宝石激光谐振腔内的使用

根据钛宝石激光器的要求设计了性能优良的两种负色散镜(NDM1和NDM2)。NDM1同时引入啁啾效应和G-T效应产生大的群延迟色散量以减少光在负色散镜上的反射次数。NDM2仅引入G-T效应产生较小的群延迟色散以补偿腔内自相位调制带来的部分啁啾。选用离子束溅射法制备了这两种负色散镜。用分光光度计测试了它们的透射率。结果表明,所制备的负色散镜的性能与设计性能非常接近。使用这两种负色散镜进行掺钛蓝宝石激光谐振腔内色散补偿实现了飞秒脉冲锁模,获得了15 fs的超短脉冲。     

全固化自锁模飞秒Ti∶Sapphire激光器实验研究

报道了全固化自锁模飞秒掺钛蓝宝石激光系统的实验结果.利用808 nm LD抽运Nd∶YVO4/LBO腔内激光倍频系统,在四镜线性折叠腔结构下,抽运功率为18 W时得到了3.2 W的基模绿光输出,光-光转换效率为18.8%;以该固体激光系统为抽运源,在线性Z型腔结构基础上,通过较小的腔内凹面聚焦镜折叠角来消除像散,并利用3 mm的高浓度掺杂钛宝石和熔融石英棱镜对作为色散补偿,直接得到了功率400 mW、中心波长830 nm的钛宝石连续激光输出.当系统处于自锁模状态时,则获得了脉冲宽度30 fs、重复率108.4 MHz、平均功率320 mW的飞秒激光脉冲,其光-光转换效率为10%.这一全固化系统稳定性很好,噪声明显低于用Ar+激光器抽运的情况.(PB7)     

负折射介质中高阶非线性效应所致啁啾的研究

利用分步傅里叶法对负折射介质中的广义非线性薛定谔方程进行数值模拟,进而分别得到自相位调制、赝五阶非线性、自陡峭、二阶非线性色散所致啁啾及各项非线性所致总啁啾的演变图.从啁啾上分析了负折射介质中各项非线性效应在脉冲传输时的作用,结果表明,负折射介质中,自陡系数取值的正负可控使脉冲中心位置可向前后沿偏移;在正常色散区,赝五阶非线性系数为负时加速脉冲的展宽,二阶非线性色散项系数取正时使脉冲展宽,取负时使脉冲变窄.     

飞秒激光脉冲在大气中的色散及补偿

卫星飞秒激光测距理论上可达到亚微米量级的测距精度,但飞秒激光脉冲在大气中传输时由色散导致的脉冲展宽显著,会使测距精度下降。为补偿飞秒激光脉冲在大气中的色散需对其色散量进行定量计算。推导了飞秒激光脉冲在大气中的群速度色散和脉冲展宽公式,表明脉冲展宽程度和群速度色散及传输距离有关;中心波长相同的飞秒激光脉冲脉宽越窄色散越严重,而当脉宽相同时,中心波长越短色散越严重。计算比较了大气和BK7玻璃的群延时、群速度色散和三阶色散。卫星激光测距系统应采用中心波长较长的1 550 nm的飞秒激光脉冲,脉宽应适当选取。由于飞秒激光色散严重,提出了采用单模光纤序列进行粗补偿和采用光栅对进行精密补偿的两种补偿相结合的方式对其色散进行补偿。     

48 fs,108 MHz色散管理孤子掺Er3+光纤激光器

提出了一种基于商售光纤构建的适用于精密光谱光频梳应用的100 MHz重复频率色散管理孤子光纤激光器的设计方案.通过采用低负色散光纤调控重复频率、高正色散光纤增大腔内脉冲呼吸比,构建了重复频率为108 MHz、中心波长为1550 nm的基于正色散掺铒光纤的色散管理孤子光纤激光器,该激光器腔内净色散为-0.0023 ps2,直接输出脉冲宽度为70 fs,经光纤压缩后脉冲宽度为48 fs,且脉冲中心波长处在1550 nm.     

呼吸脉冲锁模的光子晶体光纤飞秒激光器

报道了一种掺Yb偏振型大模场面积光子晶体光纤(LMA-PCF)飞秒激光器。作为增益介质的光子晶体光纤的单模场面积比传统光纤高一个数量级,有效地降低了非线性系数,使激光器获得高能量输出。激光器基于线形腔结构,利用半导体可饱和吸收镜实现自启动锁模。光纤激光器利用光栅对进行腔内色散补偿,使其运转在呼吸脉冲锁模状态,即在谐振腔的零色散点附近实现锁模。当腔内净色散呈反常色散时,激光器获得了平均功率为400mW,重复频率为47MHz(对应于8.5nJ的单脉冲能量),脉冲宽度为500fs的稳定的锁模脉冲输出,经腔外色散补偿,脉冲压缩至98fs。当腔内净色散呈正常色散时,激光器输出的单脉冲能量为10.6nJ,脉冲宽度为1.76ps,经腔外色散补偿,脉冲压缩至160fs。     

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。     

基于微纳光纤脉冲压缩器的皮秒脉冲掺镱光纤激光器

1.0 m波段的超短脉冲激光器在激光加工、光学精密测量和生物医学等领域具有重要应用价值,但由于掺镱光纤激光器工作在全正色散区域,激光器直接输出的脉冲通常宽度较大。文中利用改变微纳光纤尺寸可以使其在1.0 m波段提供反常色散的特点,将微纳光纤作为色散补偿元件在掺镱光纤激光器腔外对脉冲进行压缩来获得超短脉冲。实验中,自主拉制的微纳光纤锥腰直径为3 m,锥腰长度为5 cm。掺镱光纤激光器直接输出脉冲宽度为37.6 ps,经微纳光纤压缩后脉冲宽度为8.5 ps。该结果提供了一种更简便低廉的压缩脉冲方法。     

啁啾光纤光栅在硫系光纤激光器中的色散补偿

中红外波段包含极其重要的大气窗口和众多分子的指纹区,基于硫系玻璃的中红外光纤激光器逐渐引起人们的重视。由于硫系玻璃具有极高的非线性和色散特性,脉冲激光在硫系光纤中的展宽成为发展中红外超短激光必须解决的重要问题。针对脉冲激光在硫系光纤中传输的展宽问题,设计线性啁啾光纤光栅,用于补偿高斯脉冲激光经过光纤之后的色散展宽。模拟结果表明:光纤色散导致的脉冲展宽可以通过线性啁啾光纤光栅进行很好的补偿。进一步研究发现,通过对设计的啁啾光纤光栅运用高斯变迹函数进行切趾优化,可以显著改善色散补偿的效果,以获得对脉冲激光色散展宽的完全补偿。文中的研究对于设计高质量的硫系中红外光纤激光器具有理论指导意义。     

Investigation of wave breaking in the normal dispersion region of nano-structured photonic crystal fibers

The propagation of femtosecond laser pulses with wavelengths of 1550 nm, 1064 nm, 800 nm and 700 nm, respectively, which are in the normal dispersion region of the nano-structured photonic crystal fiber (N-PCF) with interesting broadband normal dispersion and highly nonlinear properties, is studied. For the effect of chirp variation mainly induced by group velocity dispersion (GVD) and self-phase modulation (SPM), after propagation over a short length, the wave breaking occurs. Namely, oscillatory structures are presented near pulse edges and sidelobes appear in the pulse spectrum. In the case of 800 nm, after the propagation of 20 mm, a super flat spectrum is obtained. The bandwidth of the super flat spectrum is associated with the dispersion length and the nonlinear length. By choosing N-PCF and laser pulse with appropriate parameters, a broadband super flat spectrum in a short length can be achieved.     

2.4 μm波段全正色散飞秒克尔透镜锁模激光器（特邀）

2 μm波段的飞秒激光光源在高分辨分子光谱学、中红外光学频率梳产生和超宽光谱的中红外光源产生等方面都具有重要的应用价值。Cr: ZnS/ZnSe具有很宽的发射峰,使其成为该波段产生宽光谱短脉冲中红外飞秒激光的重要材料。全正色散锁模的飞秒激光由于更容易实现较短的脉冲宽度与较高的峰值功率而受到青睐。文中在Cr: ZnS上实现全正色散条件下的克尔透镜锁模运转。在5.1 W的泵浦功率下实现波长覆盖范围2.0~2.7 μm,平均功率660 mW,脉冲宽度37 fs的稳定锁模脉冲输出,这是首次在Cr: ZnS中实现全正色散锁模运转的固体激光器。Cr:ZnS 全正色散锁模的飞秒激光器在高分辨分子光谱学、宽光谱中红外光光源产生等方面具有广阔的应用前景。     

色散对被动锁模飞秒固体激光器输出脉冲的影响

文中采用饱和吸收体的快饱和模型,使用分步傅利叶方法对描述固体激光器的Haus 主方程进行了数值求解,讨论了色散和自相位调制对脉冲形成的影响。当激光器达到稳定状态时,输出脉冲近似为变换极限的双曲正割脉冲,时间带宽积在0. 315附近。计算结果表明,随着群时延色散绝对值的降低,输出脉宽近线性减小,此数值结论与已有实验结果定性一致。     

超宽光谱类噪声脉冲光纤激光器

报道了一种全光纤超宽带光谱的类噪声脉冲锁模光纤激光器。为了加宽锁模光谱,利用腔内色散管理和非线性技术,使在58m腔内具有小的反常色散,平均色散系数为0.12 ps/nm/km。实验获得了超过1300nm--1750nm超宽带光谱锁模类噪声脉冲,光谱20-dB带宽达到362nm,3-dB带宽达到102nm。类噪声脉冲的光谱宽度远超过掺铒光纤的增益带宽。