用大模场光子晶体光纤获得高功率飞秒激光

最近许多实验结果表明掺Yb光纤在提高输出功率方面还有很大潜力,而且由于大模面积光子晶体光纤的使用,飞秒光纤激光器的输出已经可以与传统飞秒固体激光器相比拟。报道了利用掺Yb的保偏型大模面积光子晶体光纤进行锁模和放大方面取得的实验结果,光子晶体光纤振荡级输出重复频率为51 MHz,脉冲宽度为450 fs,平均功率为2 W的飞秒激光,对应单脉冲能量40 nJ;同时利用国产双包层大模面积光纤进行了放大实验,在平均功率为毫瓦量级的种子光脉冲输入情况下,获得了103增益。     

39fs,16W全光子晶体光纤飞秒激光系统

实验研究了高平均功率输出的光子晶体光纤飞秒激光系统。系统中振荡器和放大器均使用保偏型掺Yb3 双包层大模场面积光子晶体光纤(LMA-PCF)为增益介质,具有极低非线性系数、很高的增益系数,并能保证很好的环境稳定性。系统研究了种子光功率、脉冲宽度、脉冲啁啾和放大器抽运光功率等参数对系统输出飞秒激光脉冲宽度的影响。在输入种子光平均功率为180mW,放大器抽运功率为40W时,获得平均功率16W输出(对应单脉冲能量320nJ),脉冲宽度压缩到39fs。     

MOPA结构的单频纳秒脉冲全光纤激光器

报道了一台主振荡功率放大(MOPA)结构的单频脉冲光纤激光器。对线宽为20kHz、工作波长为1064nm的连续单频激光进行强度调制,得到了平均功率为0.5mW的单频脉冲种子激光。首先,采用三级掺Yb光纤放大器将种子激光进行预放大,获得了2.7W的平均功率。然后,以纤芯直径和内包层直径分别为30μm和250μm的双包层掺Yb光纤为主放大器,在抽运光功率为87.1W时,获得了重复频率为12MHz、脉宽约10ns、峰值功率为486.7W的单频脉冲激光输出,平均功率达58.4W。     

全光子晶体光纤单级直接放大产生34W高功率飞秒脉冲

构建了全保偏双包层掺镱大模场面积光子晶体光纤(LMA-PCF)的单级飞秒激光直接放大系统。光子晶体光纤(PCF)振荡级采用孤子型锁模运转,放大级采用非线性放大技术。该系统获得的高功率飞秒脉冲输出平均功率为34W,脉冲宽度约为50fs,重复频率为42MHz,对应脉冲能量为0.8μJ,峰值功率为16.2MW。     

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。     

掺Yb双包层光纤放大器的瞬态增益特性研究

建立了简化的瞬态增益基本模型,数值计算了低频光脉冲经过掺Yb双包层光纤放大器(掺Yb双包层光纤放大器)后的波形.在实验中对种子源放大的掺Yb双包层光纤放大器的脉冲特性进行了分析,证实了其瞬态增益的低频响应特性.     

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。     

激光二极管抽运掺Yb3+光纤放大器获得2.41W超短脉冲输出

对国产掺镱(Yb3 )双包层大模场面积光纤超短脉冲放大器进行了系统的实验研究。以自己搭建的脉冲宽度为2.3ps,重复频率为95MHz的全固态锁模激光器作为种子源,以976nm大功率光纤耦合激光二极管为抽运源,以1.6m国产掺Yb3 双包层大模场面积光纤为增益介质,在11.2W的入纤抽运功率下,将平均功率为100mW的脉冲种子光放大到平均功率2.41W,单脉冲能量达到了25nJ,放大后脉冲的宽度(时域宽度)和光谱都有所展宽。     

高平均功率超短脉冲激光光纤放大研究进展

超短脉冲激光在生物医学、激光微加工、国防等领域有重要的应用.随着双包层光纤激光技术的发展,基于双包层光纤或光子晶体光纤(PCF)的超短脉冲激光光纤放大技术由于在体积、效率、光束质量等方面的优势,倍受关注.主要报道国内外皮秒和飞秒级超短脉冲激光光纤放大的最新进展,介绍其在微加工、超连续谱产生和太赫兹波产生方面的典型应用.     

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。     

高功率高重复频率飞秒掺镱光纤激光频率梳的研究(特邀)

飞秒光学频率梳在精密计量学和光谱学中扮演着革命性的推动角色,成为近二十年超短脉冲激光技术及应用研究领域最活跃的前沿方向之一。文中基于250 MHz重复频率（frep）的掺镱（Yb）光纤激光器,研究了不同腔内色散以及锁模机制对飞秒脉冲序列载波包络相位偏移频率（fCEO）噪声的影响。通过对飞秒光梳细节的优化,得到了49 dB信噪比的fCEO拍频信号并获得了秒稳3.210-10的锁定结果,同时frep的锁定结果也达到了到了秒稳3.410-13的精度。此外文中还研究了不同啁啾状态的种子光飞秒脉冲对基于大模场面积双包层Yb光子晶体光纤放大器输出光脉冲宽度的影响。以携带-3.8104 fs2预啁啾量的光脉冲作为种子光,在60 W 976 nm半导体激光泵浦下,获得了250 MHz重复频率、23 W平均功率和66 fs压缩后脉冲宽度的激光输出。     

基于MOPA结构的高功率线偏振脉冲Yb光纤激光器

介绍了基于Nd3+:GdVO_4声光调Q激光器种子源和大直径Yb双包层保偏光纤作为放大介质的高功率线偏振脉冲光纤激光器.一个工作波长为808 nm的半导体激光器端面泵浦的、声光调Q的Nd3+:GdVO_4激光器输出重频在20～50 kHz、平均功率约3 w的高光束质量的1063 nm波长的激光,经过光学耦合系统和光学隔离器进入大直径Yb双包层保偏光纤作为光纤放大器的种子源,在波长为975 nm的半导体激光器泵浦下,光纤放大器获得了近衍射极限的、平均功率超过20 w、偏振抑制比超过14 dB的高功率线偏振脉冲激光输出.     

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.     

基于固体激光器的光纤型MOPA的研究

报道了以Cr4 :YAG被动调Q固体激光器为主振荡级的光纤型主振荡功率放大器(MOPA),主振荡级通过SMA-905接头实现光纤耦合输出,选用975 nm的半导体光纤耦合模块作为抽运源,通过多模光纤合束嚣和锥度光纤将抽运光和信号光耦合进掺Yb3 双包层光纤,利用包层抽运技术,使主振荡器的脉冲种子源在掺Yb3 双包层光纤得到增益放大.当主振荡器的重复频率为20 kHz,双包层光纤的抽运光入纤功率为6.9 W时,放大器输出的光脉冲平均功率为0.598 W,整个装置实现了全光纤连接.     

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。     

脉冲光纤激光器获得平均功率150W的高重频、窄脉宽激光输出

近日．中国科学院上海光机所先进激光技术与应用系统实验室的高功率光纤激光研究小组，采用振荡放大方式，以级联放大的脉冲LD为种子光源，以国产大模场面积掺镱双包层光纤为放大介质，成功实现了平均功率150W的高重频、窄脉宽激光输出。     

准连续双包层光纤激光在周期性极化铌酸锂晶体中倍频产生59mW绿光

将周期性极化晶体和双包层光纤激光相结合获得绿光激光输出,是实现高光束质量、全固化、小型化、高效率绿光激光器的一个非常有前途的方向.采用周期性极化铌酸锂晶体(PPLN)光栅周期6.5 μm,长20 mm,宽5mm,厚0.5 mm,对种子光注入式掺Yb双包层光纤激光器的准连续输出进行了倍频.研究了倍频光功率和转换效率随抽运光功率的变化关系,保持PPLN的控制温度为193.1℃,在抽运功率为650 mW时,得到6.7%的最高谐波转换效率,在抽运功率为970 mW时,得到了59 mW的最高绿光功率输出.     

63.2 W高峰值功率窄脉宽全光纤脉冲光纤激光器

报道了一种基于主振荡功率放大结构的全光纤脉冲光纤激光器。种子光源是一个直接脉冲调制的1064 nm的外腔光纤布拉格光栅半导体激光器。峰值功率为1000 mW的种子LD经两级掺Yb3+双包层光纤放大后,在100 kHz重复频率下,获得了平均功率63.2 W、脉冲宽度14.3 ns、光谱宽度(FWHM) 4.552 nm、光束质量M2=1.09的脉冲激光输出。在此实验基础上研制了光纤激光器样机。     

高功率脉冲双包层光纤激光器的新进展

对高功率脉冲双包层光纤激光器的国内外研究进展进行评述,通过建立了小信号瞬态增益模型,对脉冲激光信号经过双包层光纤放大后的波形进行了数值模拟.分析了基于MOPA方式脉冲双包层光纤激光器的几个问题,报道了中科院上海光机所采用振荡-放大(MOPA)方法获得133.8 W平均功率脉冲放大输出的实验结果.     

脉冲泵浦双包层掺Yb3+光纤放大器理论研究

对比研究了在连续泵浦和脉冲泵浦两种情况下,高功率双包层掺Yb3+件光纤放大器的输出特性.计算结果表明:采用脉冲泵浦放大50 kHz高斯脉冲信号,在ASE光抑制方面和光纤放大器热效应方面都优于连续泵浦情况下的光纤放大器.进一步又研究了脉冲泵浦下,从泵浦脉冲峰值功率,掺杂光纤浓度和泵浦波长三方面选择泵浦脉冲宽度,优化放大器输出特性.为提高和设计掺Yb3+抖光纤放大器和MOPA系统的输出功率和稳定性提供了理论依据.