全保偏非线性偏振环形镜锁模掺铒光纤激光器

研究了基于非线性偏振环形镜锁模的全保偏光纤激光器锁模机制。在非线性偏振环形镜中,用偏振分束器取代传统的非线性放大环形镜锁模激光器中的光纤耦合器,并辅以非互易性元件和增益光纤,作为全保偏光纤激光器中实现稳定锁模的核心器件。构建了一台基于非线性偏振环形镜的掺铒光纤锁模激光振荡器,实现了重复频率75 MHz,时域脉冲宽度141 fs,总输出功率约30 mW的稳定锁模脉冲序列输出。该激光器具有双向输出,且通过调节腔内波片可调节输出功率。此外,对激光器输出功率和重复频率的稳定性进行了评价,在自由运转情况下,1 h内输出脉冲序列的平均功率波动小于0.05%,重复频率的1 s相对稳定度为2.010-8。该结构的全保偏光纤激光器可开机自启动锁模,且环境稳定性高、重复频率较高、脉冲宽度窄,能满足激光测距、激光加工、激光光谱成像、航天等应用对超短脉冲光源的需求。     

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。     

石墨烯锁模的全保偏光纤激光器

报道了一种基于反射式石墨烯可饱和吸收镜锁模的全保偏掺铒光纤激光器。分别使用单层和十层石墨烯作为可饱和吸收器件,通过全保偏结构,避免了外界环境对腔内偏振态的影响,获得了高稳定性、高偏振度、易自启动的锁模脉冲输出,脉冲宽度分别为697 fs和502 fs。实验表明,十层石墨烯相比于单层石墨烯能够获得更窄的脉冲宽度,更高的峰值功率,具有好的锁模效果。研究同时发现,经十层石墨烯锁模,进一步提高泵浦功率,可在全保偏光纤腔中获得重复频率62.94 MHz的二阶谐波锁模脉冲输出。并通过非线性薛定谔方程对谐波锁模产生的机理进行了分析。这种基于反射式可饱和吸收镜的全保偏锁模光纤激光器有望成为实现基频锁模与谐波锁模可切换的单偏振激光源。     

基于石墨烯的掺铒光纤锁模激光波长切换技术

报道了一种基于石墨烯锁模的全保偏掺铒光纤环形短腔实现锁模激光波长切换技术。利用多层石墨烯可饱和吸收镜不仅可实现被动锁模脉冲序列的稳定输出,并可通过三维精密调节,调制腔内信号损耗,有效控制不同波长激光的增益与损耗。实验表明,通过精密调制10层石墨烯膜可饱和吸收镜,在全保偏光纤激光短腔可实现波长1532 nm和1558 nm 处的锁模激光切换输出,并可实现这两波长附近的双波长锁模激光输出,线偏振度可达18 dB。     

21 MHz～100 kHz重复频率亚皮秒NALM锁模光纤激光器

超短脉冲光纤激光器在工业、医学、科研等许多领域有着重要的应用。报道了基于全保偏非线性放大环形镜(NALM, nonlinear amplifying loop mirror)锁模的掺镱光纤激光器,通过调整腔内无源光纤的长度和位置,实现了21 MHz～100 kHz重复频率下的锁模。在21.16 MHz重复频率下实现了3 dB光谱带宽为9.1 nm、脉宽为5.3 ps的单脉冲锁模输出,经压缩后脉宽为352 fs。当重复频率为5.92 MHz时,获得了3 dB光谱带宽最宽为30 nm和压缩脉宽最窄为177 fs的锁模脉冲输出。受限于光纤长度,当最低重复频率为100 kHz时,从振荡器直接输出的锁模脉冲的单脉冲能量为104 nJ,脉宽为300 ps,经压缩后脉宽为1.053 ps。在所有重复频率下,锁模脉冲都具有宽光谱、可压缩至亚皮秒量级等特性,并且不是耗散孤子共振或者类噪声脉冲。其中,当重复频率为388 kHz时,脉宽为62.7 ps、单脉冲能量为20.8 nJ的NALM锁模种子源经过单级光纤放大器后,单脉冲能量可以直接放大到3μJ,最终脉宽可以被压缩至537 fs,整个激光器系统不含脉冲选择器件和额外的多级光纤放大级,结构十分紧凑。     

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。     

非线性环路反射镜锁模光纤激光器的研究进展

围绕着解决环境稳定性、自启动等主要挑战,非线性环镜锁模技术的发展脉络可概括为含有偏振控制器的非全保偏结构、双增益式全保偏八字腔结构和含有相位偏置器的全保偏九字腔结构。其中新型的九字腔非线性环镜锁模光纤激光器兼具自启动性能好、环境稳定性高、结构简单、成本低廉等特点,在光学频率梳、太赫兹抽运源以及工业材料微加工等领域有着良好的应用前景。     

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。     

高功率超短脉冲掺铥光纤激光器的研究进展

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、光电对抗等众多领域,具有其他波段光纤激光器不可替代的重要作用。主要介绍了本课题组在高功率超短脉冲掺铥光纤激光器方面的研究进展,包括利用光纤布拉格光栅控制锁模掺铥光纤振荡器的脉冲宽度和光谱形状,实现了2μm波段高重复频率、高稳定性的皮秒脉冲激光输出。同时,采用该皮秒脉冲激光作为种子源,研制出了百瓦量级全光纤结构的皮秒掺铥光纤放大器,最后一级功率放大器的最大平均输出功率为120.4W,脉冲宽度为16ps。此外,设计并搭建了全光纤全保偏结构的皮秒掺铥光纤放大系统,实现了平均功率为240 W的线偏振皮秒脉冲激光输出,偏振消光比大于15dB,脉冲宽度为45ps。     

非线性放大环形镜被动锁模光纤激光器重复频率精确锁定研究

采用共振增强式非线性折射率调制技术实现了非线性放大环形镜锁模掺镱全保偏光纤激光器重复频率的精确锁定。通过在激光器非线性环内加入一个能提供线性相移的非互易性元件,有效减小了锁模脉冲的抽运阈值。进一步优化激光器的锁模抽运功率和控制光纤非线性折射率的抽运功率,可使激光器直接输出的最短脉冲为590fs,重复频率为20.48 MHz,重复频率峰-峰值的波动范围小于0.4mHz,相应的标准偏差为0.1mHz。     

基于石墨烯可饱和吸收的锁模光纤激光器研究

报道了一种基于单层石墨烯可饱和吸收体调Q锁模的全保偏结构掺铒光纤激光器。研究了单层石墨烯作为可饱和吸收体实现调Q锁模后的激光特征,获得了中心波长1557.69 nm的激光输出。调Q锁模脉冲包络重复频率11.49~40.41 kHz范围变化,包络宽度在10.1~3.62 μs范围变化。在泵浦功率为191.3 mW时,激光器最大输出平均功率9.354 mW,最大光-光转换效率为4.89 %。     

1015～1080nm可调谐保偏光纤耗散孤子锁模激光器

实验研究了基于非线性放大环形镜锁模的全正色散可调谐锁模光纤激光器,激光器采用由主环路和非线性放大环形镜环路构成的"8"字腔全保偏结构。通过调节两环路的抽运功率,在1030nm处获得了脉宽为17.61ps,重复频率为4.133 MHz,平均功率为2.151mW的稳定锁模激光输出。通过调节可调谐滤波器,在控制激光器工作波长的同时滤波形成全正色散耗散孤子,实现了1015~1080nm可调谐稳定锁模激光输出,脉冲宽度变化范围为7.86~17.80ps。     

基于SESAM的被动锁模掺Yb3+激光器

本文基于SESAM实现了全光纤掺Yb³⁺线型锁模激光器。采用976nm半导体泵源,高掺杂浓度的掺Yb³⁺光纤作为增益介质,以SESAM作为一端的反射镜。最终获得了稳定皮秒脉冲序列的输出,中心波长为1050.54nm,平均功率12mw,基频重复频率为4.2MHz,脉宽约为1.4ps。该锁模光纤激光器采用全保偏结构,可以完全自启动,可以长时间稳定工作,有望成为高功率超短脉冲激光器的种子源。     

2.8 μm Er:ZBLAN光纤孤子自压缩放大器

理论和实验研究了一种2.8μm Er:ZBLAN光纤孤子自压缩放大器。放大器采用锁模Er:ZBLAN光纤振荡器作为种子源,锁模脉冲宽度为240fs,峰值功率为16.9kW,重复频率为54.3 MHz。通过单级孤子自压缩放大,实验获得了脉冲宽度为110fs、峰值功率达151kW的中红外飞秒脉冲输出。     

改进的非线性放大环形镜锁模激光器研究

报道了一种改进的非线性放大环形镜锁模激光器,即在传统的8字腔和σ腔中,通过加入非互易性元件的方式,有效缩短了光纤长度,降低了非线性积累量,从而提升锁模激光器的重复频率,并且可以改善激光器的自启动特性。传统的"8"字腔保偏光纤激光器必须借助半导体可饱和吸收镜、碳纳米管等真实可饱和吸收体才能锁模运转。本文只利用非互易性元件,在改进的"8"字腔全保偏(PM)掺铒光纤激光器中,实现了重复频率为22 MHz,平均功率为23.6 m W的孤子锁模单脉冲激光输出,直接输出脉宽为308 fs。传统的"8"字腔光纤激光器的重复频率限制在10 MHz水平。通过加入非互易性元件,本文在改进的"σ"腔非保偏掺铒光纤激光器中,在呼吸孤子锁模域获得了重复频率为80 MHz,平均功率为36 m W的单脉冲激光输出;在正色散域获得了重复频率为53.6 MHz,平均功率为14 m W的单脉冲激光输出。     

基于窄带耗散孤子Figguurree--9光纤振荡器和单级单模光纤放大器的皮秒脉冲光纤前端

报道了一种基于Figure-9光纤振荡器和单级单模光纤放大器的皮秒脉冲光纤前端。通过优化光纤振荡器腔内光纤长度,获得了中心波长约为1064 nm、重复频率10 MHz、脉冲能量0.4 nJ的自启动单脉冲锁模窄带耗散孤子皮秒脉冲；通过优化光纤放大器的增益光纤长度,对光纤振荡器产生的21.07 ps脉冲进行单级单模光纤放大后,脉冲能量达10 nJ时的脉冲光谱依然呈钟形结构, 3 dB谱宽和脉宽分别为0.31 nm和19.8 ps,该皮秒脉冲光纤前端有望在精密加工等领域发挥重要作用。     

930nm被动锁模掺钕全光纤激光器的研制

报道了一种紧凑型930nm被动锁模掺钕全光纤激光器,该激光器由掺钕全光纤振荡器和一级掺钕全光纤放大器构成。振荡器采用线型腔结构,增益介质为长度8cm的高掺杂掺钕石英光纤,抽运源为一个最大功率为200mW的808nm单模半导体激光器,利用半导体可饱和吸收镜实现被动锁模,获得超短脉冲激光输出。振荡器输出平均功率为1mW,重复频率为28.2MHz,脉冲宽度为8.8ps,3dB光谱宽度为0.37nm。为抑制掺钕光纤放大器中1060nm波段激光的竞争,采用长度为10m的W型掺钕光纤作为增益介质进行功率放大,很好地抑制了1060nm波段激光,最终实现了平均功率为117 mW,中心波长为930nm,单脉冲能量为4.15nJ,重复频率为28.2 MHz,脉冲宽度为8.8ps,10dB光谱宽度为2.98nm的脉冲激光输出。     

低阈值高稳定性的全保偏锁模光纤激光器

报道了一种基于色散补偿的低阈值自启动的全保偏“9”字腔光纤激光器。在谐振腔结构中加入一段色散补偿光纤进行色散补偿,同时加入相移器提供非线性相移,产生超短脉冲输出。当泵浦功率达到80mW时,可实现自启动的孤子锁模,重复频率为2218 MHz,中心波长为1557nm,脉冲宽度为536 fs,信噪比为73dB。在该稳定锁模状态下的激光器输出平均功率为104mW,对应脉冲能量为0046nJ。该激光器结构简单,具有低阈值、自启动的优势,可作为种子源,广泛应用于太赫兹产生、生物医学成像、超快光谱学等领域。     

以光纤锁模激光器为发射源实现4×10Gbit/sOTDM信号330km传输

本文报导一个以稳定的光纤主动锁模激光器为发射源,以光电振荡器为帧时钟提取装置,以EA调制器为解复用器的4×10Gbit/s光时分复用通信实验系统。该系统成功地实现了单波长40Gbit/s数据信号在330km SMF中的色散补偿传输.     

12.5μJ电光腔倒空锁模皮秒激光器的实验研究

报道了单脉冲能量大于10μJ的腔倒空锁模皮秒激光器。通过实验完成了光纤耦合激光二极管端面抽运Nd:YVO4晶体、半导体可饱和吸收镜(SESAM)锁模的大功率皮秒激光振荡器后,在锁模腔内插入BBO电光晶体,实现重复频率1Hz～10kHz连续可调的电光腔倒空锁模运转。在抽运功率17.9 W时,获得了单脉冲能量12.5μJ、重复频率10kHz、脉冲宽度24.7ps的激光输出。