高功率掺镱全固态飞秒激光器

开展了激光二极管泵浦的高功率掺镱全固态飞秒激光器的研究。利用Yb:LYSO晶体实现了高功率高效率的半导体可饱和吸收镜锁模飞秒振荡器,分别在1 035、1 042 nm实现了3 W的稳定锁模运转,相应的脉冲宽度分别为351、287 fs,斜效率分别为88.2%和89.7%;通过将增益介质与克尔介质分开,利用大功率多模LD直接泵浦Yb:CYA晶体实现了高功率的克尔透镜锁模飞秒振荡器,脉冲宽度70 fs,平均输出功率2.52 W,重复频率50 MHz,获得了50 nJ的单脉冲能量且峰值功率达到0.71 MW。表明上述掺镱晶体在高功率二极管泵浦全固态激光器领域中具有非常优异的性能。     

功率4.1 W，脉宽48 fs，重复频率74 MHz的掺钛蓝宝石飞秒激光振荡器

基于克尔透镜锁模机制，实现了掺钛蓝宝石飞秒激光振荡器的高平均功率和短脉宽输出。使用功率为16 W、波长为532 nm的连续光进行泵浦，使用高折射率的棱镜对进行色散补偿，同时使用狭缝辅助锁模，实验获得了平均输出功率为4.1 W、脉冲宽度为48 fs、重复频率为74.15 MHz的飞秒脉冲。相比当前同类型激光器参数（20 W泵浦光下输出功率为4 W，脉宽为130 fs，重复频率为76 MHz的飞秒激光），功率提升了2.5%，光-光转换效率提高了28%，脉宽缩短了63%，峰值功率提升了2.8倍。     

钛宝石激光器的多模式运转

在一台双光束泵浦的钛宝石激光器中实现了可调谐连续输出、独立自锁模、交叉锁模和多脉冲模运转式。分析了可调谐连续输出模式下两个激光腔的增益竞争,研究了飞秒和皮秒激光腔内的群速弥散、自相位调制、交叉相位调制以及自振幅调制。结果表明,可调谐连续输出模式下两个激光腔的输出主要取决于泵浦激光的功率,独立自锁模工作模式下,群速弥散和自相位调制决定了自锁模的稳定性;交叉锁模工作模式下,交叉相位调制是影响飞秒和皮秒脉冲之间同步性的主要因素。多脉冲工作模式下,脉冲自相关曲线的测量结果表明,飞秒脉冲仍然是单脉冲,而皮秒脉冲分裂为3个次脉冲。     

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。     

Figure-9腔锁模全保偏掺铒光纤飞秒激光器

针对特殊应用领域对高可靠性、轻量化、输出功率大于100 m W、重频大于50 MHz的飞秒激光器的需求，设计了一种Fi gur e-9腔锁模全保偏掺铒光纤飞秒激光器，通过在腔锁模振荡器中引入π/2相移偏置，降低了振荡器的自启动锁模阈值。实验结果表明：当泵浦功率为130 m W时，振荡器可获得平均功率为12 m W、重频为85.89 MHz、脉冲宽度为249 fs的稳定锁模脉冲序列输出；采用一级正色后向泵浦散掺铒增益光纤放大器进行放大后，最终可获得平均功率为113 m W、脉冲宽度为107 fs的飞秒脉冲序列输出。     

调Q及连续掺Yb光纤激光器中的自锁模研究

在用半导体激光器抽运的单包层掺Yb调Q光纤激光器中观察到了清晰稳定的自锁模脉冲序列。脉冲包络形状为调Q脉冲。每个锁模脉冲的幅值由其在调Q脉冲中的相应位置决定。经过分析，认为自相位调制是调Q光纤激光器中产生锁模的主要原因。自相位调制的存在使得光脉冲的频谱被展宽，当这种展宽和腔的模式间隔相差不多时，腔内的模式便能相互作用，直到它们之间产生一个固定的相位关系。也即形成锁模。在此基础上。去掉声光晶体，并用两个光栅作为腔镜，实现了全光纤法布里-珀罗(F-P)腔锁模光纤激光器。改变腔结构，分别采用光栅和光纤反射圈作为前后腔镜，同样观察到了锁模脉冲。经过观察发现，锁模脉冲的产生和掺Yb光纤的浓度、长度、抽运功率的大小有着密切的关系。这为锁模脉冲的产生提供了一种新的方法。     

哑铃形高功率全保偏大模场掺镱锁模光纤激光器

采用基于非线性光纤环形镜的哑铃形结构搭建了全光纤全保偏掺镱锁模激光器。通过使用全保偏大模场光纤、高功率光纤器件和优化的腔结构,实现了脉冲宽度在156 ps到8.1 ns范围内可调的高功率、大能量矩形耗散孤子共振脉冲输出,在最大泵浦功率22.7 W下激光器直接输出功率达到5.5 W,脉冲能量达到0.68μJ,峰值功率为84 W。得益于全保偏光纤结构,所设计的激光器具有出色的抗干扰性和稳定性。     

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。     

表面态型半导体可饱和吸收镜实现Yb∶YAG激光器被动锁模

制作了一种新型的半导体可饱和吸收镜:表面态型半导体可饱和吸收镜.用表面态型半导体可饱和吸收镜作为被动锁模吸收体,实现了半导体端面泵浦Yb∶YAG激光器被动连续锁模.在泵浦功率为1 0 W时,获得了连续锁模脉冲序列,重复频率2 0 0 MHz,锁模脉冲平均输出功率为70 m W.在未加任何色散补偿的情况下,脉冲宽度为4 .35 ps     

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。     

钛宝石激光飞秒和皮秒脉冲的三种工作模式

在双光束泵浦的钛宝石激光器中,实现了飞秒和皮秒脉冲的独立自锁模、交叉锁模和多脉冲3种工作模式,分析了飞秒和皮秒激光腔内的群速弥散(GVD)、自相位调制(SPM)、交叉相位调制(XPM)、增益竞争和自振幅调制(SAM)。结果表明:独立自锁模工作模式下,GVD和SPM决定了自锁模激光脉冲的特性;交叉锁模工作模式下,飞秒和皮秒脉冲具有很高的同步性,脉冲间的抖动为517 fs,飞秒和皮秒激光腔的调谐范围分别为36nm和22 nm;多脉冲工作模式下,飞秒脉冲仍然是单脉冲,而皮秒脉冲分裂为3个次脉冲,间隔为426 fs。     

高次谐波锁模飞秒掺镱光纤激光器的噪声情况

高重复频率的飞秒激光在高速激光测距和三维成像等领域有着非常重要的作用。其中基于飞秒光纤激光器的高次谐波锁模是获得GHz量级以上高重复频率脉冲的重要手段之一。基于含腔内光栅对色散补偿的非线性偏振旋转（NPR）锁模的掺镱（Yb）光纤激光器,在180 mW泵浦光时获得了稳定的143 MHz基频锁模脉冲序列,当泵浦光功率升至1 W时获得了最高20次谐波（2.86 GHz）锁模脉冲序列输出。系统地对比研究了基频锁模与高次谐锁模状态下,脉冲重复频率精密锁定后的艾伦偏差和相位噪声,7次谐波锁模状态下重复频率锁定精度能够保持在10?13 Hz@1 s的稳定度,为高次谐波锁模飞秒激光脉冲序列用于精密测量提供了实验依据。     

1027nm大模场双包层光子晶体光纤半导体可饱和吸收镜锁模激光器

报道了基于半导体可饱和吸收镜锁模的大模场面积双包层掺镱光子晶体光纤(PCF)激光器。激光器采用环形腔结构,腔内无色散补偿机理,使其工作在全正色散锁模状态,在耦合进入光子晶体光纤的功率为12.2W时获得了脉冲宽度为3.3ps,重复频率高达93.33MHz的稳定锁模脉冲激光输出,中心波长为1027nm,3dB线宽为1nm,在耦合进入光子晶体光纤的功率为14W时获得最高输出功率150mW,激光器可连续稳定工作2h以上,没有出现失锁现象。在不同实验条件中,观察到调Q锁模和脉冲分裂现象,并分别给出了分析和解释。     

偏离布儒斯特角情况下四棱镜组二阶、三阶色散的解析表示

1984年FOrk等人提出的四棱镜组可以产生正负可调的群速色散，用来补偿自相位调制所产生的惆嗽，使得它在超短脉冲振荡器和放大器中均得到十分广泛的应用．现在自锁模掺钛蓝宝石激光器中，用石英棱镜组和啁啾镜联合进行色散补偿，已获得6．5fs的光脉冲．最近又有压缩至4．6fs的报导．随着脉冲宽度的进一步减小，不光要补偿二阶色故，还必须补偿三阶及更高阶色散．为了获得短于10fs的光脉冲，在自锁模固体激光器中，人们采用短的激光晶体并用石英棱镜代替玻璃棱镜进行色散补偿以减小三阶色散，利用棱镜对和啁啾镜联合来进行高阶色散补偿．目…     

激光二极管抽运Yb:LSO自锁模激光器

利用激光二极管抽运掺镱石丰酸镥(Yb:Lu2SiO5,Yb:LSO)晶体,在腔内不加任何主被动调制器、且腔内未插入硬光阑的情况下,实现了激光器的克尔透镜自锁模运转.采用4镜Z形折叠腔,在抽运功率为15.8 W时,得到平均功率达2.05 W的克尔透镜自锁模稳定脉冲输出,相应的斜率效率为16.5%.     

绿光半导体激光器直接抽运的钛宝石飞秒脉冲

对两个1.45 W/520nm绿光半导体激光器的输出光束进行整形,再将其聚焦到钛宝石激光晶体上进行抽运,并结合GTI(Gires-Tournois Interferometer)镜对腔内色散给予补偿,实现了稳定的克尔透镜锁模运转,输出脉冲激光的脉宽为91fs,输出功率为208 mW,输出单脉冲能量为1.59nJ;优化腔型参数后,获得的最窄脉宽为82fs;缩短腔长后,获得的最高输出功率为232mW。     

表面态型半导体可饱和吸收镜实现Yb:YAG激光器被动锁模

制作了一种新型的半导体可饱和吸收镜:表面态型半导体可饱和吸收镜.用表面态型半导体可饱和吸收镜作为被动锁模吸收体,实现了半导体端面泵浦Yb:YAG激光器被动连续锁模.在泵浦功率为10W时,获得了连续锁模脉冲序列,重复频率200MHz,锁模脉冲平均输出功率为70mW.在未加任何色散补偿的情况下,脉冲宽度为4.35ps.     

全固态单模Nd:YAG激光器输出特性优化的实验研究

为了实现高功率全固态激光器的高输出光束质量,使用1mm直径Nd:YAG激光棒和单一二极管激光模块侧面抽运的简单激光腔设计来实现功率高于10W、光束质量接近衍射极限的TEM00模输出。通过使用小口径激光棒抑制高阶横模振荡、曲面后反镜和负透镜组合补偿热透镜效应和实验优化后反镜的曲率半径、负透镜的焦距以及激光腔腔长等结构参数使激光器输出功率和光束圆率同时达到最大,实现了平均功率10.8W、脉冲宽度15ns、光斑圆率98.8%±0.8%、M2值为1.1的近衍射极限光束输出。结果表明,通过使用小口径激光棒提高激光器输出光束质量工程上可行。     

高能量飞秒脉冲掺Er3 光纤激光器

为了从反常色散光纤构成的飞秒锁模掺Er^3＋光纤（EDF）激光器获得高能量锁模脉冲，提出了采用集总放大器和高损耗耦合输出器有机组合的办法来设计激光器腔体。实验结果表明，该方法能有效地减小降低腔内脉冲能量周期性波动，抑制频谱边带幅度，提高飞秒脉冲高能量及其频谱宽度。采用非线性偏振旋转机制进行锁模，成功获得谱线宽度为18．0nm、重复速率为14．0MHz、脉冲宽度约200fs、单脉冲能量超过1nJ稳定锁模光脉冲，并且激光器自启动锁模泵浦阈值小于20mW。     

自锁模陶瓷激光器

自锁模激光腔不需要附加半导体饱和吸收镜（SESAMs）等主动和被动锁模器件，完全靠激光材料的光学和热效应达到锁模。与克尔镜锁模相比，自锁模对激光腔的排列不敏感，锁模区较长。最近第一台高功率自锁模Yb：Y2O3模陶瓷激光器研制成功。该激光器结构简单紧凑，激光腔只使用了3个反射镜和一个陶瓷棒。