利用自相位调制效应测量微结构光纤的非线性系数

报道了利用光纤中的自相位调制(SPM)效应对微结构光纤的非线性系数进行测量的实验.实验中采用半导体激光器作为脉冲光源,输出宽度为1.6 ps的双曲正割型脉冲,经掺铒光纤放大器(EDFA)放大后进入80 m的色散平坦微结构光纤,由于自相位调制效应,出射光谱得到展宽.通过测量输入微结构光纤的脉冲峰值功率和输出光谱,可以计算得到微结构光纤的非线性系数.该测量方法简单、准确,实验测量值与光纤的标称值误差小于1%.     

1030nm皮秒级光参量啁啾脉冲放大抽运源

利用低温工作状态下Yb∶YAG再生放大器,对1030nm光纤锁模激光器输出的250pJ的种子光进行放大。电光开关门宽控制种子光在放大器内20程往返,最大单脉冲能量为217μJ,输出频率10Hz,同时由于其增益窄化效应光谱宽度由8.9nm减小到0.3nm,相应的脉宽由18.0ps被压缩到5.5ps,这与理论模拟结果的0.4nm,4.2ps基本吻合。实验结果论证了采用窄增益带宽的再生放大器可以同时实现亚皮秒光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)对抽运脉冲宽度和光谱宽度的要求,避免使用光纤光栅对光谱滤波带来的高阶非线性效应。     

58kW高峰值功率窄线宽纳秒脉冲光纤激光器

报道了一种峰值功率58 kW的窄线宽纳秒脉冲光纤激光器,由窄线宽种子源加4级光纤放大的主振荡功率放大(MOPA)结构组成。窄线宽种子源输出的连续种子光经电光强度调制器调制为纳秒脉冲信号光,经4级光纤放大,输出峰值功率达58 kW的窄线宽脉冲激光,中心波长106431nm,平均功率569W,重频100kHz,脉宽98ns,斜效率717,光束质量M2=134,偏振消光比156dB。激光功率的进一步提升受限于次脉冲及自相位调制。该高峰值功率窄线宽纳秒脉冲光纤激光器可在激光雷达中得到应用。     

高稳定高性能皮秒光参量放大器抽运源研究

结合短脉冲光参量放大抽运源的需求,基于固体放大技术,对光纤锁模激光器输出的6nm带宽皮秒纳焦耳级激光脉冲进行放大,获得了6.2mJ的基频以及3.0mJ的倍频输出,输出脉冲的时间宽度为8.6ps,倍频光峰值功率密度为4.94GW/cm2。采用高增益的Nd3+…YLF再生放大器做前级放大器,利用其光谱增益窄化效应获得窄带的高功率光参量放大抽运光。理论计算表明,在此增益条件下,输出激光的光谱将被窄化至0.3nm。采取了合理的空间整形方案,输出激光的近场呈平顶分布,光束质量优良。再生放大器采用钢棒结构,降低温度变化对系统稳定性的影响,总能量输出稳定性优于1%(RMS)。     

基于半导体激光器调制技术的978nm纳秒脉冲掺镱光纤激光器

设计了一种基于半导体激光器调制技术的978nm纳秒脉冲掺镱全光纤激光器。该激光器采用主振荡功率放大结构,由调制半导体激光种子源和一级单模单包层掺镱光纤放大器组成。半导体激光种子源的光谱中心波长通过种子光自注入方式被定义为978.3nm,调制之后的激光脉冲宽度为4.5ns,重复频率在10~50 MHz范围内可调。当半导体激光种子源调制重复频率为50 MHz时,种子光被一级单包层掺镱光纤放大器放大至115mW,相应的激光中心波长为978.3nm,3dB光谱带宽为0.11nm,放大之后光谱中没有出现明显的放大自发辐射现象。     

1550 nm全光纤单频脉冲光纤激光器

设计并实现了一种基于人眼安全波段的1550 nm全光纤化结构单频脉冲光纤激光器。激光器采用外腔稳频技术的单频半导体激光器作为种子源,其线宽1.8 kHz,功率20 mW。通过预放大器和声光调制器获得单频脉冲激光,并运用两级光纤放大器实现了线宽1.9 kHz、平均功率521 mW、脉冲宽度200 ns、重复频率10 kHz的单频脉冲光纤激光输出。输出脉冲峰值功率达260 W。输出端采用了双包层单模光纤,保证了输出激光的光束质量。整个激光器通过对种子光级联放大,结合放大器的增益控制,成功抑制了受激布里渊散射(Stimulated Brillouin Scattering,SBS)效应,消除了放大过程中噪声对线宽的影响,获得了线宽稳定的单频脉冲激光。     

百瓦级1030nm皮秒脉冲掺镱全光纤激光器

报道了1030nm高功率被动锁模皮秒脉冲掺镱光纤激光器。该激光器为全光纤结构,采用主振荡功率放大(MOPA)技术,由皮秒种子源与三级掺镱光纤放大器组成。种子源使用半导体可饱和吸收镜(SESAM)进行被动锁模,输出脉冲中心波长为1030.4nm、3dB光谱宽度为0.15nm、脉冲宽度为30.7ps、重复频率为29.0MHz、输出功率为30mW。通过三级掺镱光纤放大器后,最终在30μm/250μm双包层掺镱光纤中实现了平均功率为101W的皮秒脉冲激光输出,3dB光谱宽度为1.46nm,脉冲宽度为36.6ps,放大器斜率效率为76.7%,单脉冲能量为3.48μJ,峰值功率为97kW,光束质量M2=2.78。     

3.4MW峰值功率皮秒光纤激光系统的光谱特性

提出了基于主振荡功率放大(MOPA)结构的皮秒光纤激光系统。该系统将重复频率为29.87 MHz的半导体可饱和吸收镜被动锁模光纤激光器作为种子源。采用预放系统并结合声光调制器将种子源的重复频率降至574kHz。MOPA结构基于棒状光子晶体光纤(PCF),利用PCF大模场、高增益的特点直接对脉冲宽度为30ps的脉冲进行放大,有效抑制了自相位调制效应引起的光谱展宽。研究结果表明,所提系统的5dB光谱线宽与光脉冲峰值功率成比例,该系统最终输出了近衍射极限、峰值功率为3.4 MW的皮秒脉冲(输出功率为20 W时,光束质量因子M2=1.01),最高平均输出功率为21.86 W,脉冲宽度为11.1ps,中心波长为1030.74nm,5dB光谱线宽为1.75nm。     

高功率窄线宽光纤放大器及放大线宽特性

研制了高功率窄线宽光纤放大器.该放大器采用双级放大结构,其中第一级预放为掺Er3+光纤放大器,第二级功率放大采用10 m长的Er3+/Yb3+共掺双包层光纤作为增益介质,抽运源采用两支波长为980 nm的大功率激光二极管.当抽运功率为10.7 W时,得到放大激光输出功率为1.94 W,光一光转换效率为17%,斜率效率20%.采用延迟自外差方法对种子激光器及各级放大器输出的激光线宽进行了测量,测量结果表明窄线宽激光谱线经过掺Er3+光纤与双包层光纤放大后均有不同程度的明显展宽.分析认为激光线宽展宽的主要原因是由于种子激光器中弛豫振荡或自脉冲的强度波动引起的自相位调制.     

百微焦级飞秒光纤激光放大系统

实验研究了基于掺Yb3+光纤的啁啾脉冲放大(CPA)系统。利用半导体可饱和吸收体锁模光纤激光器作为种子源,采用啁啾脉冲放大技术,将波长为1030 nm的脉冲展宽到数百皮秒进行放大。采用多级的掺镱单模光纤和双包层光纤组成预放大器,主放大器采用大模场的掺镱棒状光子晶体光纤作为激光工作物质,实现了重复频率为211 k Hz,功率为50 W的单模皮秒脉冲输出。通过合理地控制放大系统中每一级光纤放大器的增益以及非线性积累量,有效抑制了高能脉冲放大过程中非线性效应对脉冲时域特性的影响。采用反射式光栅对,对输出的放大脉冲进行压缩,最终获得了脉宽为887 fs的激光输出,单脉冲能量达到124μJ,对应峰值功率为139.8 MW,该实验结果为国内首次报道基于光纤结构的百微焦级飞秒激光系统。     

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%.     

基于SESAM的全光纤被动锁模光纤激光器

研究实现了一种主振荡功率放大（MOPA）结构的高功率全光纤皮秒级被动锁模掺镱（Yb3+）光纤激光器。种子源为基于半导体可饱和吸收镜（SESAM）的锁模光纤激光器,其为线性腔结构,输出功率为5.97 mW;预放大级采用单模掺镱光纤进行放大,之后经过4倍重复频率倍增系统和两级双包层掺镱光纤放大器,最终实现了平均功率74.3 W,中心波长1063.4 nm,脉冲宽度7.0 ps,重复频率68 MHz的锁模脉冲激光输出。实验中通过对种子光的处理和光纤长度的控制,未出现受激布里渊散射（SBS）、受激拉曼散射（SRS）等非线性效应。     

基于锁模脉冲泵浦的全光纤化超连续谱光源

采用基于半导体可饱和吸收镜(SESAM)的被动锁模方案,通过三级主振荡功率放大(MOPA)结构,构建了平均输出功率39.2 W的全光纤皮秒脉冲光纤激光器。输出激光脉冲宽度10.7 ps,重复频率68 MHz。利用该皮秒光纤激光器泵浦一段4.5 m长的国产光子晶体光纤(PCF),实现了平均功率20.1 W的全光纤化结构超连续谱(SC)光纤激光输出。光谱宽度超出所用光谱仪600~1700 nm 的观测范围,在观测范围内具有10 dB 的光谱平坦度。     

低重复频率脉冲掺镱光纤放大器

为了研究低重复频率两级脉冲掺Yb3+光纤放大器,采用脉冲信号驱动的半导体激光器作为种子光源,产生重频100Hz、半峰全宽100ns、能量30nJ的矩形光脉冲。第1级放大采用单模掺Yb3+光纤放大器,双程放大方案有效地抑制了放大自发辐射,放大后的脉冲能量达到了8.2μJ。第2级放大采用纤芯直径15μm的双包层掺Yb3+光纤放大器,大功率多模半导体激光器连续抽运。结果在抽运功率为7.3W时,放大输出脉冲能量达到了242μJ,放大输出半峰全宽压缩为29ns。输出的光束质量较好,为准单模输出。结果表明,该光纤放大器输出脉冲能量高,具有全光纤化、结构简单的特点。     

高重复频率、窄脉宽全固态光纤放大器种子源

高重复频率、窄脉宽的全固态激光器种子源级联光纤放大器是获得高功率脉冲激光输出的有效手段.短上能态寿命的Nd:YVO4晶体在连续抽运、高重复频率Q开关工作时容易得到接近连续性能的平均输出功率.理论分析了声光(AO)调Q器件中影响输出能量和脉宽大小的主要因素,优化配置了腔型参数.利用激光二极管(LD)光纤耦合模块端面抽运Nd:YVO4晶体,实现了声-光调Q重复频率100 kHz以上,脉宽20 ns以下,波长1064 nm的激光输出.在抽运功率5.7 W时,得到了脉宽15.3 ns,重复频率150 kHz的种子光输出,在级联单级光纤放大器后,得到了20 W的输出.     

百瓦级1 030 nm光纤-固体混合放大激光器

光纤-固体混合放大技术能够将光纤激光器和固体放大器的优势结合,获得结构紧凑、成本低廉的高功率超短脉冲激光。因此,实验设计了基于掺镱光纤-固体混合放大技术的高平均功率超短脉冲激光器。该激光器主要由全光纤结构激光器和两级固体放大器组成,第一级为基于Yb: YAG单晶光纤的固体放大器,第二级为基于无侧面抛光的棒状Yb: YAG晶体的主放大器。超短脉冲全光纤前端平均输出功率为6.5 W,重复频率52.9 MHz,脉冲宽度47.5 ps。第一级单晶光纤放大器采用单通放大形式,在反向泵浦功率182 W时获得40 W的平均功率。第二级固体放大器同样为单通放大,在反向泵浦功率307 W时获得平均功率122.9 W的超短脉冲激光输出,滤除热退偏激光后获得了107.3 W的线偏振超短脉冲激光,对应斜效率为26.1%。此时测得脉冲宽度为12.1 ps,中心波长为1 030.6 nm,光谱宽度为2.4 nm。在最大输出功率107.3 W时,测得水平和垂直方向的光束质量因子M_x2=1.45,M_y2=1.20。     

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。     

1.3 μm高脉冲能量锁模皮秒再生放大器

报道了激光二极管抽运工作波长为1.3 μm的高能量皮秒再生放大器,种子源为重复频率65 MHz、平均输出功率140 mW的被动锁模皮秒激光振荡器。通过优化再生放大器,获得了重复频率为1 kHz、脉宽小于20 ps、单脉冲能量大于1 mJ的高脉冲能量皮秒脉冲激光,脉冲能量稳定性均方根值小于0.3%,其倍频光束671 nm的质量因子M2小于等于1.1,这表明再生放大器输出激光具有很好的光束质量。     

全光纤结构的脉冲光纤放大器

结合双包层掺镱光纤(YDCF)和主振荡功率放大(MOPA)技术,利用熔融拉锥的光纤侧面耦合器,设计和实验研究了全光纤结构的脉冲光纤放大器。在不同重复频率时,通过放大脉冲激光的输出光谱,对输出脉冲激光中的剩余抽运光和受激拉曼散射光功率进行了修正;并研究了激光脉冲的时域特性,以及在脉冲放大过程中对输出激光脉冲宽度的压缩作用。获得输出放大脉冲激光的主要参数:峰值波长为1075 nm,脉冲宽度为18~300 ns,重复频率为5~20 kHz,峰值功率达9.87 kW,斜率效率达52.2%,光束质量M2=2.0。同时,制作完成了一台结构紧凑、全光纤结构的脉冲光纤放大器样机,其最大外形尺寸为370 mm×270 mm×90 mm。     

MOPA方式高峰值功率脉冲光纤放大器模拟

为了研究如何从脉冲种子光经放大器后获得能量为毫焦级、纳秒级脉宽的激光脉冲,以及重频、受激喇曼效应对输出激光脉冲的影响,采用基于主振荡动率放大方式建立了3级脉冲双包层掺Yb光纤放大器的瞬态理论模型。在不同重频下对能量为10nJ、脉宽为100ns的脉冲种子光经放大后的脉冲能量、峰值功率、平均功率、脉宽及受激喇曼效应进行了数值模拟。计算数据表明,当重频小于200Hz时输出激光脉冲的能量、波形受重频的影响很小,可以忽略不计,在适当参量下受激喇曼效应对各级放大输出几乎没有影响。结果表明,适当选择3级光纤放大器的各项参量可以实现毫焦级的激光脉冲输出。