高功率窄线宽全光纤结构掺铥连续光纤激光器

报道了高功率、窄线宽、全光纤结构的2μm波段掺铥连续光纤激光器。该掺铥连续光纤激光器采用了主振荡功率放大(MOPA)结构设计,通过采用790nm的多模半导体激光器抽运双包层单模掺铥光纤,获得了稳定的中心波长为1963nm的窄线宽、连续激光输出,最大输出功率为20mW。利用该低功率连续激光作为种子源经过两级掺铥光纤放大器后,平均输出功率达到了22W,相应的斜率效率为44%,激光中心波长为1963nm,3dB光谱线宽仅为0.24nm。     

基于增益开关技术的全光纤结构纳秒脉冲掺铥光纤激光器

工作在2μm波段的脉冲掺铥光纤激光器,可望在遥感探测、相干雷达、空间光通信、激光医疗和特种材料加工等领域获得重要应用。目前,利用波长在1.55μm附近的脉冲掺铒光纤激光器作泵浦源的增益开关掺铥光纤激光器是实现全光纤结构纳秒脉冲掺铥光纤激光器的理想方式之一。采用实验研发的纳秒脉冲掺铒激光器作种子源,研制了全光纤MOPA(masteroscillator power amplifier)结构的纳秒脉冲掺铒光纤激光器,输出波长1 547 nm,脉冲频率100 kHz,脉冲宽度50 ns,平均功率1 W,单脉冲能量10μJ。使用该脉冲掺铒光纤激光器抽运掺铥光纤,实现了波长1 963 nm的增益开关脉冲激光输出。该掺铥光纤激光器为全光纤结构,重复频率100 kHz,最小脉宽47 ns,最大单脉冲能量100 nJ。激光输出稳定可靠,更高的单脉冲能量,平均功率和峰值功率可由进一步级联光纤放大器实现。     

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。     

百瓦级全光纤掺铥光纤激光器及超荧光光源

报道了一个全光纤主振荡功率放大(MOPA)结构的窄线宽掺铥连续光纤激光器,该高功率光纤激光器由窄线宽连续光纤激光种子源和两级包层抽运掺铥光纤放大器组成。激光种子源经过两级双包层掺铥光纤放大器后,最大平均输出功率为120W,功率放大器的斜率效率高达60%,输出激光的中心波长为1986nm,3dB光谱带宽为0.48nm,平均输出功率未能进一步提高仅受限于最大抽运功率。此外,利用该两级掺铥光纤放大器,得到了平均输出功率为122W的宽带超荧光光源,放大后的超荧光源的中心波长为1990nm,3dB光谱带宽为25nm。     

全光纤结构主振荡功率放大型掺镱脉冲光纤激光器

报道了一台全光纤结构主振荡功率放大(MOPA)型掺镱脉冲光纤激光器.种子源是工作波长为1064 nm的声光调Q光纤激光器,可以获得重复频率在20～50 kHz间可调、平均输出功率约2 W的随机偏振脉冲种子激光.以大直径保偏(PM)光纤作为增益介质,在6个单管功率10 W,波长为915 nm的半导体激光器抽运下,种子激光经过一级放大最终获得平均输出功率23.5 W.脉冲宽度约为30 ns,偏振抑制比超过10 dB,光束质量因子M2为1.36的线偏振单模脉冲激光输出.讨论了大直径保偏光纤与种子激光输出光纤的模场不匹配性对输出激光的光束质量和光谱特性的影响.     

基于耗散孤子共振的纳秒脉冲掺镱全光纤激光器及其倍频

报道了一种新型纳秒脉冲532 nm绿光激光器,其基频光为耗散孤子共振(DSR)方波纳秒脉冲、由掺镱光纤激光器得到,该激光器采用了全光纤主振荡功率放大(MOPA)结构设计。利用非线性偏振旋转(NPR)锁模技术,掺镱光纤激光种子源产生了稳定的DSR方波纳秒脉冲激光输出,输出激光的脉冲宽度随抽运功率的改变在3~40 ns之间可调。利用该DSR方波纳秒脉冲激光作为种子源,经过一级非保偏结构掺镱光纤纤芯放大和两级全保偏结构掺镱光纤包层放大之后,得到了平均功率为6.95 W,峰值功率为4.4 k W的脉冲激光输出。利用长度为20 mm的非线性晶体LBO作为频率转换器,得到了平均功率为2.1 W的绿光激光输出,相应的光光转换效率为30.2%。     

高稳定性的全光纤化调Q脉冲光纤激光器研究

搭建了一台高稳定性的全光纤调Q脉冲光纤激光器,采用光纤光栅和国产掺镱双包层光纤构成的线性F-P腔结构,以带尾纤的声光调制器(AOM)作为Q开关,并用915 nm波长的多模半导体激光器进行端面泵浦,实现了中心波长1064 nm,平均功率1.4 W的稳定脉冲激光输出。在重复频率20 kHz的条件下,以该调Q激光器作为种子源,经过一级功率放大,最终获得了平均输出功率10.68 W,脉冲宽度120 ns的激光输出,相应的脉冲能量为0.5 mJ,峰值功率为4.45 kW。并且该激光器在8 h内的功率不稳定性为1.1%。     

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。     

高功率光纤激光器中自相位调制的实验研究

利用主振荡功率放大(MOPA)结构高功率皮秒脉冲全光纤激光器,对高功率皮秒脉冲放大器中自相位调制(SPM)效应进行了实验研究。激光器种子源是自行搭建的半导体可饱和吸收镜(SESAM)被动锁模光纤激光器。为了抑制非线性效应,使用一个自制重频倍增器把种子脉冲的重频增加到328 MHz 后再放大。放大器部分采用三级放大结构,最终获得了中心波长为1 066.5 nm,3 dB 光谱线宽约为2.5 nm,平均功率为91W 的稳定皮秒脉冲激光输出。实验对光脉冲在放大的过程中自相位调制引起的光谱变化进行了研究。对激光器输出光谱的分析表明,随着功率的增大,高功率光纤激光器中自相位调制效应受到入射脉冲的初始啁啾和脉冲形状的影响程度也随着变大,与此同时还受到自陡峭效应的影响。     

掺铥光纤激光器的波长调谐特性研究

基于简化的二能级激光系统和均匀展宽理论模型,利用原子速率方程和功率传输方程建立了掺铥光纤激光器的理论模型,并以环形腔掺铥光纤激光器为例,通过Matlab编程数值模拟研究了其出射功率和波长调谐范围与腔内损耗、掺铥光纤长度、输出耦合比、泵浦波长和泵浦功率等激光器参量的关系。数值模拟结果表明,降低激光器腔内损耗、提高泵浦激光功率和优化掺铥光纤长度可以提高掺铥光纤激光器的出射功率和增加波长调谐范围,而增加输出耦合比虽能提高激光功率,却减小了波长调谐范围。经过参数优化,在腔内总损耗为3dB、输出耦合比为10%的情况下,通过提高泵浦激光功率和优化掺铥光纤长度,掺铥光纤激光器的波长调谐范围可达528nm(1660~2188nm),高于目前已报道的实验结果。将部分模拟结果与文献报道的实验结果进行对比,较好地证实了模型的准确性。研究工作对于掺铥光纤激光器的设计和发展具有重要的理论参考价值和指导意义。     

高功率被动锁模2.0μm掺铥飞秒脉冲光纤激光器

报道了高功率半导体可饱和吸收镜被动锁模的2.0μm掺铥飞秒脉冲光纤激光器的实验结果。该光纤激光器利用半导体可饱和吸收镜与宽带全反射镜来构成线型法布里-珀罗腔,自制的1550nm连续掺铒光纤激光器作为激光抽运源。当抽运功率为312mW时,开始得到稳定的重复频率为53MHz的锁模激光脉冲串。当抽运功率增加到472mW时,得到的最大平均输出功率为50mW,相应的最高单脉冲能量为0.94nJ;此时测得锁模激光脉冲的宽度为907fs,激光的中心波长为1939.5nm,3dB光谱带宽为4.6nm。     

掺铥双包层光纤激光器研究

掺铥光纤激光器所发射的2mm波段激光处于水分子吸收峰且对人眼安全,并且被认为是3～5mm光参量振荡的有效抽运源,因此具有巨大应用前景。围绕进口和国产掺铥双包层光纤展开了一系列研究,实现了光纤激光器的连续运转、脉冲运转、可调谐输出等。对进口光纤的光谱特性进行了较全面的研究,获得最大连续输出功率6W、斜率效率50%;采用国产掺铥双包层光纤,获得最大连续输出功率5.1 W、斜率效率41.9%;采用后向Littrow结构、以闪耀光栅作为选频元件,获得了2mm附近最大范围可达105nm的可调谐激光输出,且各调谐激光线宽均在2.2nm左右。采用声光调制器(AOM)作为Q开关,在调制频率为1kHz时,获得最高峰值功率4.2kW、最大脉冲能量840mJ、脉宽200ns的脉冲输出;在3kHz时获得了最短180ns的脉冲输出。对双端抽运方式也进行了研究。分析了腔镜透射率和激光介质长度对激光输出功率的影响,讨论了激光光谱的红移现象。     

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。     

全光纤化高功率线偏振掺镱脉冲光纤激光器

建立了双包层调Q光纤激光器的速率方程,并利用一个全光纤化的声光调Q光纤激光器作为种子源,双包层掺镱保偏光纤作为增益介质,研制了一个全光纤化的高功率线偏振掺镱脉冲光纤激光器。在泵浦功率38.4 W,偏振种子激光功率0.6 W,重复频率40 kHz,脉冲宽度为30 ns时,获得了偏振激光输出29.8 W,偏振消光比大于10 dB。在高功率输出时,激光光束质量因子（M2）达到了1.32。     

基于Sagnac环镜的多波长线性腔掺铥光纤激光器(特邀)

研究了一种基于光纤Sagnac环镜的多波长线性腔掺铥光纤激光器.该激光器采用1.5 m长的双包层掺铥光纤为增益介质,793 nm激光二极管为泵浦源,光纤Sagnac环镜和光纤环形镜构成激光器谐振腔.通过增加泵浦功率和调节偏振控制器,在1949～1976 nm的光谱范围内实现了1～7个波长的激光输出,输出功率达毫瓦量级,光信噪比达到40～50 dB.     

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。     

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。     

平均功率近2 W的被动锁模皮秒掺镱光纤激光器

报道了一个三级主振荡功率放大(MOPA)结构的瓦级皮秒光纤激光器.第一级利用半导体可饱和吸收镜(SESAM)和光纤光栅组成线性腔,构建了一个低功率的被动锁模掺Yb3+光纤激光器,其最大平均输出功率为9.2 mW,作为整个激光器的种子源;第二级采用单模掺镱光纤放大器对种子光进行预放大,得到108 mW平均输出功率;第三级采用带树状耦合器的双包层掺镱光纤放大器进行功率放大,获得了1.9 W平均输出功率.得到的脉冲脉宽36 ps,中心波长1064 nm,重复频率29.6 MHz,峰值功率1.8 kW,相应的单脉冲能量为61 nJ.实验中观察到种子源输出光谱中有一个凹陷,这是由于光纤光栅反射率过高并且带宽较窄引起的.     

高功率窄谱宽1 915 nm掺铥光纤激光器研究

开展了1 915 nm高功率、高效率、窄谱宽输出的掺铥光纤激光器（TDFL）研究。基于全光纤主振荡功率放大（MOPA）结构,采用40 W的793 nm半导体激光器泵浦纤芯直径25 m的双包层大模场面积（LMA）掺铥光纤,获得了最高功率12.1 W的1 915 nm窄谱宽连续种子激光输出。将8 W种子光注入掺铥光纤放大器,在793 nm激光泵浦功率为142.9 W时,获得了平均功率90 W的激光输出,其中心波长为1 915.051 nm,3 dB谱宽仅为94 pm,斜率效率为60.2%,光-光转换效率达63.0%。该系统在40 min运行考核时间内输出激光稳定性良好。     

20 W全光纤500 ps主振荡功率放大激光器及其应用

利用中心波长为1060 nm的输出波形可调的皮秒脉冲激光器作为种子源,采用掺镱(Yb)光纤放大器将该信号放大,最终得到输出脉宽范围为0.5~10 ns,平均功率为18~21 W,峰值功率为11~30 kW,单脉冲能量为0.02~0.13 mJ的近似单模的500 ps脉宽可调主振荡功率放大(MOPA)光纤激光器(M2=1.5)。该高峰值功率、高单脉冲能量及高平均功率的光纤激光器满足激光加工、材料处理和非线性转换等领域的需要,尤其对于激光加工热影响敏感的材料是一种重要的光源。