耗散孤子和束缚态脉冲可切换的超连续谱产生

当超短脉冲进入高非线性光纤时,在色散和非线性效应的共同作用下,脉冲频谱中会产生一些新的频率分量,使得输出频谱比输入频谱宽得多。这种光谱被称为超连续谱。超连续谱光源具有光谱范围宽、方向性好、亮度高、空间相干性好等优点。在锁模激光器中,传统孤子、耗散孤子和类噪声脉冲可以作为种子源产生超连续谱。文中,笔者建立了一个NPR被动锁模光纤激光器来产生脉冲激光。然后,添加一段DCF以补偿腔中的色散,从而产生耗散孤子。同时,通过调节腔内PC,可以实现束缚态和耗散孤子的状态切换。输出脉冲经10 m单模光纤压缩后注入部分拉锥后的高非线性光纤以产生超连续谱。实验中,我们得到了脉宽为5.6 ps、重复频率为32 MHz、信噪比为52 dB的耗散孤子锁模脉冲,压缩后的脉冲宽度为868 fs,用作超连续谱产生。超连续谱的覆盖范围约为1200~2200 nm,其20 dB谱宽为357 nm。通过调节偏振控制器,实现耗散孤子脉冲与束缚态脉冲之间的切换,束缚态脉冲持续时间为1.4 ps,脉冲间隔为14 ps,信噪比为51 dB,产生1600~1870 nm的超连续光谱,20 dB的光谱宽度为135 nm。     

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。     

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。     

基于光纤可调滤波器的1024 nm锁模脉冲产生与放大研究

1024 nm波长的脉冲激光在角分辨光电子能谱测量等领域有着不可或缺的用处,因此采用基于非线性偏振旋转(NPR)锁模的全正色散掺镱光纤激光器作为种子源,搭建了包含光纤可调滤波器的主振荡功率放大系统,实现了1024 nm激光放大输出。理论上基于金斯伯格-朗道方程模拟了NPR锁模的耗散孤子脉冲演化过程,实验上获得了耗散孤子脉冲输出,并且研究了锁模脉冲的建立过程,将其与理论仿真结果相比,结果基本吻合。通过可调滤波器对种子光进行滤波,并进行预放大及放大实验,当放大级泵浦功率为5 W时,得到中心波长为1024 nm、平均功率为1.1 W、脉冲能量为51 nJ、重复频率为21.5 MHz、信噪比为67.5 dB的稳定锁模脉冲输出。     

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。     

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。     

波长可切换可调谐耗散孤子锁模掺镱光纤激光器

采用非线性偏振旋转(NPR)锁模技术,在全正色散掺镱光纤激光器中研究了波长可调谐可切换耗散孤子锁模现象。由于NPR所诱导的腔内梳状滤波效应,光纤激光器在中心波长1 042.8~1 050.2 nm以及1 040.9~1 048.1 nm处实现了波长可切换运作,可切换波长间隔分别为7.4 nm和7.2 nm,光谱宽度约为5.5 nm和2.7 nm。同时在1 042.77~1 045.33 nm之间观察到波长可调谐运作,调谐范围2.7 nm。另外在光纤激光器中还获得了稳定的双波长锁模和二阶谐波锁模。该实验的研究有利于加深人们对掺镱光纤激光器中锁模动力学行为的理解,并为多功能激光光源的设计提供了借鉴。     

1.05μm被动锁模掺Yb3+光纤环形激光器

利用非线性偏振旋转效应实现了掺YB3 光纤环形腔激光器的被动锁模.锁模脉冲的中心波长为1.05/μm,重复频率为22.22 MHz,光谱带宽为27.066 nm.被动锁模脉冲经掺Yb3 单模光纤放大器放大,再由单光栅脉冲压缩器进行色散补偿,最终获得了脉宽为120 fs,平均功率为12.5 mW,能量达0.56 nJ的稳定激光脉冲.最后分析了输出光脉冲的稳定性.     

全正常色散锁模PbSe量子点光纤激光器的数值研究

为突破传统光纤激光器因增益介质为稀土掺杂光纤，辐射波长相对固定的困境，由于量子点尺寸依赖的辐射波长，本文提出全正常色散锁模PbSe量子点光纤激光器，通过数值计算得到了1.7μm稳定的耗散孤子锁模，并系统地数值研究了使用该激光器输出耗散孤子的启动动力学、谐振腔内激光的演化和激光器的稳态输出特性，探索了增益光纤的长度和浓度、谐振腔的长度对输出特性的影响。当泵浦功率为0.1 W时，最佳的增益光纤长度为0.3 m，掺杂浓度为12×10²¹ m^-3，此时的脉冲宽度为7.59 ps，光谱的宽度为13.77 nm，耗散孤子在单模光纤长度为2～7 m范围内保持稳定。当被动光纤长度为0.1 m时，激光器输出了22个峰、包络宽度为22.33 nm的多波长激光，光谱覆盖了1678～1724 nm，此时时域中观察到一对间隔为4 ps、单脉冲宽度为0.92 ps的孤子对。该研究结果对超快量子点光纤激光器的建立和优化提供了理论指导，为特殊波长超快光纤激光提供了新的选择。     

基于多模干涉效应的全正色散被动锁模掺镱光纤激光器

报道了一种全光纤结构耗散孤子被动锁模光纤激光器。激光器中使用了一种基于多模干涉原理的光纤滤波器,它由两段单模光纤和一段多模光纤组成。通过合理的选取多模光纤的长度,制作了中心波长在1067nm处、3dB带宽为7.5nm的光谱滤波器并将其应用于全正色散被动锁模掺镱光纤激光器中。实验中使用半导体可饱和吸收镜(SESAM)作为锁模元件,在抽运功率为865mW时,获得重复频率为18.5MHz的稳定锁模啁啾脉冲串,脉冲宽度为21ps,平均输出功率为8mW,单脉冲能量为0.43nJ。输出脉冲光谱半峰全宽为4.32nm,光谱边缘有明显陡沿。     

1 015~1 046 nm可调谐飞秒掺镱光纤激光器

近年来,超快掺镱锁模光纤激光器由于其转换效率高、操作方便、免维护、尺寸紧凑等优点,被广泛应用于工业加工、医疗外科、多光子成像等领域。在激光器中补偿群速度色散是获得皮秒甚至飞秒脉冲的有效方法。通过利用光栅对与光谱滤波器,实现了对激光波长、腔内色散和光谱宽度的灵活调节。该激光器能输出稳定的锁模脉冲,对应的基本重复频率为19.41 MHz。在+ 0.0127 ps2色散时中心波长1015~1037 nm可调;在+0.007 ps2色散时中心波长1015~1045 nm可调以及在?0.0127 ps2色散时中心波长1020~1046 nm可调。同时,当净腔色散从反常色散到近零色散变化时,光谱带宽可从1.40 nm调到19.38 nm,对应的压缩后脉冲宽度可从1.03 ps调至175.9 fs。该方案具备连续调整激光器状态的能力,有望用于高功率大能量飞秒激光前端,可以满足对激光器有多种谱宽及波长的应用需求。     

耗散孤子脉冲的放大和超连续光谱的产生

研究了耗散孤子的放大和非线性展宽的动力学过程,成功研制了一种紧凑型高相干性的全光纤超连续光谱源。种子源为工作在全正色散域的耗散型全光纤锁模激光器,采用了非线性偏振旋转锁模技术,输出的耗散孤子脉冲宽度为5.18ps,重复频率为24MHz。种子光脉冲经过15m双包层掺镱光纤放大后,耦合到长度为10m的光子晶体光纤中,产生了超过一个倍频程的超连续光谱(550~1750nm),最大输出功率为700mW。系统研究了耗散孤子的放大过程以及光子晶体光纤反常色散区产生超连续谱的动力学过程和机理。     

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...     

石墨烯被动锁模谐波阶数可调的掺铒光纤孤子激光器

采用石墨烯被动锁模的掺Er光纤(EDF)环形腔,获得稳定的谐波阶数可调的孤子脉冲激光。通过调节EDF环形腔中的偏振控制器(PC)改变光腔损耗,实现了锁模谐波从一阶至四阶的可控运转。连续锁模基频重复频率为3.873MHz,中心波长为1 557.6nm,谱线宽度为4.5nm,有明显孤子边带,信噪比(SNR)约为45dB,二、三和四次谐波锁模脉冲重复频率分别为7.745、11.618和15.491MHz。本文的实验结果可用工作于反常色散区锁模激光器的多孤子形成机理来解释。     

光纤锁模激光器：从单模时域耗散孤子锁模到多模时空耗散孤子锁模（特邀）

在光纤锁模激光器中,模式相位锁定产生周期短脉冲的过程称为锁模过程,产生的脉冲在广义上被称为“光耗散孤子”。光纤锁模激光器从传统的单模光纤锁模激光器发展到了多模光纤锁模激光器,锁模机理从一维（1D）时域耗散孤子锁模发展到了（3+1）维时空耗散孤子锁模。通过深入理解耗散孤子的产生机理,有望进一步推动光纤锁模激光器在科学和应用领域的发展,为更多领域带来更多创新和可能性。首先介绍单模光纤锁模激光器中的一维时域耗散孤子锁模,探讨不同色散区域中时域耗散孤子的产生机理;随后介绍多模光纤锁模激光器中时空耗散孤子的最新研究成果,讨论模间色散的补偿方法,揭示其丰富的时空锁模机理和潜在的应用场景;最后对光纤锁模激光器的发展前景进行展望。     

高能量全光纤结构被动锁模2.0μm掺铥超短脉冲光纤激光器

报道了高脉冲能量全光纤结构半导体可饱和吸收镜锁模的2.0μm波段掺铥超短脉冲光纤激光器。在抽运功率为1.8W时,开始得到稳定的重复频率为14.3MHz的锁模激光脉冲,平均输出功率为5mW;当抽运功率增加到3.8W时,最大平均输出功率达到59mW,相应的最高单脉冲能量为4.1nJ。此时测得锁模激光脉冲的脉宽为2.2ps,中心波长为2015nm,3dB光谱带宽为2.9nm。     

基于啁啾光纤光栅的被动锁模掺Yb~(3+)激光器

基于啁啾光纤布拉格光栅(C-FBG)与半导体可饱和吸收镜(SESAM)相结合实现了光纤掺Yb3+线型锁模激光器。采用976nm半导体激光器,以高掺杂浓度的掺Yb3+光纤作为增益介质,以SESAM作一端的反射镜,以C-FBG引入大的负色散,并作为另一端反射镜,最终获得了稳定皮秒脉冲序列的输出。其中心波长为1045nm,平均功率为12mW,基频重复频率为17.07MHz,脉宽约为3ps。详细讨论了高阶锁模光脉冲的演化方式。该锁模光纤激光器可以完全自启动,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。     

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。     

波长可调谐被动锁模光纤激光器

为在光纤激光器中获得特定中心波长的锁模激光,进行了采用非线性光纤环形镜锁模的掺Yb3+光纤激光器的波长可调谐实验研究。获得了自启动锁模、中心波长在1030nm~1081nm范围内连续调谐的锁模脉冲输出;在中心波长1053nm时,测得光谱带宽6nm、脉冲宽度234.375ps、输出功率2.05mW、重复频率3.842MHz。这种被动锁模光纤激光器的锁模过程可以完全自启动,几乎不受外界环境变化的影响,可以长时间稳定工作,不仅可以提供特定中心波长的锁模激光,而且有望成为其它科学研究工作的中心波长可调谐的宽带锁模光纤激光种子源。     

双孤子被动锁模光纤激光器的实验研究

利用非线性偏振旋转(NPR)效应,对被动锁模掺Er光纤激光器同时输出双波带、双孤子的现象进行了实验研究和理论分析。结果发现,激光腔内存在高的线性双折射是得到双波带、双孤子输出的关键条件,提供宽的增益带宽和较大的增益有利于得到稳定的锁模输出。通过在腔内引入较大的线性双折射,在基于NPR锁模技术的被动锁模掺Er光纤激光器中得到了重复频率为7.49 MHz、中心波长分别在1 542 nm和1 557 nm附近的双波带、双孤子锁模脉冲的同时输出。