基于准相位匹配的掺铒飞秒光纤激光器倍频特性研究

研究了不同厚度周期极化铌酸锂晶体(PPLN)对掺铒飞秒光纤激光器倍频特性的影响。基于非线性偏振旋转锁模原理和啁啾脉冲放大技术,在1560 nm波段实现了重复频率为100 MHz,输出功率为423 m W,脉冲宽度为80 fs的掺铒飞秒光纤激光输出。以此为基频光源,对0.5,1,10 mm三种不同厚度PPLN倍频晶体进行倍频特性研究,实现了波长在780 nm的飞秒激光输出。其中采用0.5 mm晶体时获得了功率为100.4 m W、脉冲宽度为104 fs的倍频光输出,倍频转换效率为23.7%;采用1 mm晶体时获得了功率为165.0 m W、脉冲宽度为161 fs的倍频输出,倍频转换效率为39%;采用10 mm晶体时获得了功率为185.5 m W,脉冲宽度为305 fs的倍频光输出,倍频转换效率达43.7%。并解释了倍频转换效率和倍频光脉冲宽度随PPLN晶体厚度的变化规律。实验数据为基于锁模光纤激光器产生780 nm波段飞秒光脉冲的研究提供了有益的参考。     

大能量窄脉宽高平均功率绿光激光器

研制了在大能量窄脉宽情况下实现高平均功率输出的绿光激光系统。利用激光二极管抽运Nd∶YAG晶体,采用RTP晶体电光调Q和主振荡功率放大的功率分摊技术,实现大能量窄脉宽高重复频率532 nm绿光激光输出。输出基频光波长1064 nm,脉冲平均能量213 mJ,工作频率100 Hz,光-光转换效率12%。采用Ⅱ类相位匹配高抗灰迹KTP晶体腔外倍频,输出绿光波长532 nm,脉冲平均能量127 mJ,工作频率100 Hz,脉冲宽度7.2 ns,光束质量20mm.mrad,532 nm插头效率2.1%。     

掺Tm光纤MOPA准相位匹配单程倍频的单频激光器

为获得0.9 μm近红外波段连续波单频激光输出,用50 mm长的PPLN晶体对掺Tm光纤激光MOPA的连续波1 925.08 nm单频激光输出进行单程倍频,通过聚焦参数和准相位匹配温度优化,在43.4 W基频光功率实现了最高9.07 W的962.5 nm二次谐波输出,转换效率达到20.9%。二次谐波为单纵模运转,水平和竖直方向光束质量因子分别为1.36和1.52。实验中研究了聚焦因子和相位匹配温度对倍频转换效率的影响,并讨论了聚焦条件和准相位匹配温度带宽之间的相互关系。实验结果表明:Tm光纤激光准相位匹配单程倍频是获得0.9 μm波段连续波单频激光输出的有效方法。     

基于LBO的高功率飞秒绿光抽运的光学参量振荡器

三硼酸锂(LBO)具有良好的非线性光学特性和极其稳定的物化性能,其色散量对晶体温度变化敏感,是可实现非临界相位匹配的优良的非线性光学晶体。报道了高功率绿光飞秒激光同步抽运以三硼酸锂(LBO)为非线性晶体的单共振光学参量振荡器(OPO)。抽运源为高平均功率大模场面积掺镱光子晶体光纤飞秒激光器放大级的输出飞秒光的锁模倍频激光,通过调节晶体温度,采用非临界相位匹配方式,获得了红光至近红外光可调谐的高功率飞秒激光,OPO的信号光调谐范围为670~880nm,相应闲频光在2320~1270nm范围内可调。在3.4W抽运功率下,中心波长为694nm的信号光输出获得最高平均功率为660mW,脉冲宽度为132fs,转换效率为19.4%。     

基于差频技术的宽谱中红外飞秒激光的产生

飞秒差频产生器(DFG)是一种获得宽谱中红外激光的有力工具。为了利用DFG产生更高瞬时带宽的中红外激光,可以使用窄带泵浦光、宽带信号光结合大信号光相位匹配带宽的非线性晶体或使用宽带泵浦光、窄带信号光结合大泵浦接受带宽的非线性晶体。研究表明,对于PPLN晶体,当泵浦光波长为1050 nm,闲频光波长在3.4μm附近时,非线性晶体具有较大的泵浦接受带宽,仅使用均匀极化周期PPLN晶体即可获得宽谱中红外激光。基于高重复频率的掺镱光纤激光放大器系统,通过引入自相位调制效应,获得了中心波长为1050 nm的宽谱光源,将其作为DFG系统的泵浦源。利用飞秒脉冲在负色散光子晶体光纤中的拉曼效应,产生了中心波长为1525 nm的超短脉冲,将其作为DFG系统的信号源。在长度分别为1 mm和3 mm的PPLN晶体中,都获得了宽谱中红外闲频光输出,其-10 dB光谱覆盖范围分别为2.72～4.15μm和2.87～4.08μm。     

周期极化RbTiOAsO4晶体倍频允许参量的调谐特性

基于周期极化晶体的准相位匹配理论,对周期极化RbTiOAsO4(PPRTA)晶体的倍频允许参量的调谐特性进行了理论分析.通过数值模拟计算,获得了PPRTA晶体的极化反转光栅周期、晶体温度和基频光波长的允许参量的调谐曲线,并且与PPKTP晶体和PPLN晶体的倍频允许参量的调谐特性进行了比较.当晶体长度10 mm时,在相同条件下,PPRTA晶体的允许极化反转周期△A和允许温度调谐范围△tmax最大,分别对应的基频波长为2.743 3 μm和2.247 4 μm,PPLN晶体的允许波长调谐范围△λmax最大,对应的基频波长为2.704 6 μm.理论结果为周期极化晶体的准相位匹配倍频实验提供了依据.     

可调谐全正色散掺镱光纤激光器

利用相位长周期光纤光栅作为光谱滤波器,熔接于全正色散掺镱光纤激光系统中,从而实现了具有波长可调谐的连续激光输出和被动锁模激光脉冲输出,可调谐激光波长范围分别为11.4 nm和10.5 nm.通过调节偏振片改变激光腔内的偏振状态,输出锁模脉冲实现脉冲宽度的可调谐,其调谐范围为3.6~1.2 ns.在530 mW的最大泵浦功率下,得到了重复频率为2.5 MHz、最大单脉冲能量为38.9 nJ的锁模脉冲输出和最大输出功率为124 mW的连续激光输出.     

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。     

LD抽运Nd:YVO4连续3波长激光器

报道了一种利用激光二极管(LD)端面抽运Nd:YVO4激光晶体,通过硼酸铋(BIBO)晶体的腔内和频(SFM)与倍频(SHG),实现3个二次谐波连续激光同时输出的3波长激光器.利用Nd:YVO4晶体的两条发射谱线(分别为1064 nm和1084 nm)作为基频光,并选掸长度为1.5 mm,Ⅰ类临界相位匹配方式切割(对于1064 nm倍频)的BIBO作为非线性晶体,通过调节BIBO晶体对3个非线性过程(1064 nm倍频,1084 nm倍频及1064 nm与1084 nm和频)的相位因子,即非线性过程的转换效率,使激光器同时获得了两个倍频光和一个和频光,即3个波长:532 nm,537 nm和542 nm激光输出.实验结果表明当两个基频光波长相差较小时,采用相位允许角小的非线性晶体同时进行腔内和频与倍频是获得多波长固体激光器的一种实用方法.     

可调谐被动锁模掺铥光纤激光器

为了实现波长可调谐被动锁模掺铥光纤激光器，提出了基于激光腔随机双折射效应通过调节激光偏振态来改变被动锁模掺铥光纤激光器的工作波长的方法，并进行了原理分析和实验验证。结果表明，调节偏振控制器可实现在2010nm，2019nm，2024nm，2050nm等多个中心波长处的锁模脉冲输出，同时在单个中心波长附近，还可以精密调谐。这种可调谐锁模激光器结构简单、可调谐性好，对光通信、超快光学、医学、遥感技术和雷达等应用中光源的选择有一定的参考价值。     

40-GHz picosecond-pulse second-harmonic generation in an MgO-doped PPLN waveguide

Second-harmonic generation (SHG) of 40-GHz picosecond optical pulses with different pulsewidths, pulse energies, and central wavelengths in a MgO-doped periodically poled lithium niobate (PPLN) waveguide is studied experimentally and theoretically. In the experiments, the picosecond pulses are generated from a 40-GHz mode-locked fiber laser and two tunable filters, with which the lasing wavelength can be tuned from 1530 to 1570 nm, and the pulsewidth can be tuned from 2 to 7 ps. The second-harmonic (SH) pulses are generated when the picosecond pump pulses pass through the MgO-doped PPLN waveguide. Dependences of SHG on pump pulsewidth, average pump power, and pump central wavelength are then investigated systematically. Meanwhile, dynamic behaviors of both pump and SH pulses in propagation are simulated numerically. Based on the temporal and spectral characteristics of SHG, a quantitative and systematic analysis on SHG efficiencies in terms of both pulse energy and spectral peak is presented. The simulation results are in good agreement with the measured data.     

主动锁模飞秒光纤激光器

报道了主动锁模飞秒脉冲掺Er3 光纤激光器的实验结果。在光纤环形腔中通过引入粗波分复用器(CWDM)作为宽带滤波器,实现了中心波长在1550 nm,重复频率为2.5 GHz,谱线3 dB带宽为10.2 nm(对应的脉冲宽度为247 fs)的激光脉冲输出。此时的抽运功率为186 mW,激光器输出平均功率为1.3 mW,从而获得了能够产生飞秒脉冲的高重复频率主动锁模掺Er3 光纤激光器。     

主动锁模光纤环形激光器的悬臂梁调谐法

利用悬臂梁来对光纤光栅的Bragg波长进行调谐,并将可调谐光纤光栅用于主动锁模光纤环形激光器中,获得了5.24nm的波长调谐范围。同时,在1547.883nm处,获得了脉宽为55ps,谱宽为0.017nm锁模脉冲输出。     

全正色散被动锁模掺镱全光纤环形激光器

采用976 nm半导体激光器为泵浦源,高掺杂Yb3+光纤为增益介质,利用非线性偏转效应实现被动锁模.得到了中心波长为1046 nm,光谱宽度为24 nm,脉冲宽度为54 ps,平均输出功率为93 mW的超短脉冲.通过缩短腔长,获得了较高的重复频率,达到41 MHz.     

PPLN倍频效率与温度关系分析

本文研究了准位相匹配周期性极化铌酸锂（PPLN）晶体的体器件倍频特性与晶体温度的关系，从准相位匹配位相失配关系出发，推导了PPLN光栅周期和倍频效率的表达式，并考虑到铌酸锂晶体的热膨胀因素，给出了温度调谐带宽精确表达式，理论分析与已有实验结果进行了比较，符合得较好。     

1.7 μm全光纤锁模脉冲掺铥光纤激光器研究

1.7 μm超短脉冲光纤激光器在生物成像和材料加工等领域具有重要的应用前景,受到了科学家们的极大关注。基于非线性偏振旋转锁模技术,实验搭建了全光纤结构的1.7 μm锁模脉冲掺铥光纤激光器。通过在激光器内加入光纤滤波器抑制掺铥光纤中的长波激光发射,同时采用纤芯泵浦的方式有效获得了1.7 μm波段的增益。激光器输出脉冲的光谱中心波长为1733 nm,3 dB带宽为6.3 nm。锁模脉冲的重复频率为19.56 MHz,平均功率为1.4 mW。同时,数值模拟了脉冲在激光器的腔内演化。文中提出的1.7 μm全光纤锁模激光器有利于进一步提高1.7 μm激光源的稳定性和集成度,在生物成像等领域具有重要的应用价值。     

Generation of wavelength-tunable transform-limited pulses from amonolithic passively mode-locked distributed Bragg reflectorsemiconductor laser

Generation of wavelength tunable transform-limited picosecond pulses from a monolithic passively mode-locked distributed Bragg reflector (DBR) laser is demonstrated for the first time. A wide tuning range of 12 nm is realized by changing the refractive index of the passive DBR region through a thin-film heater embedded on the DBR section without causing significant changes in pulse characteristics     

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。     

低阈值宽调谐的内腔调QNd∶YVO_4/PPLN光学参量产生

将多周期极化铌酸锂(PPLN)晶体置于激光二极管(LD)端面抽运的声光调QNd∶YVO4激光器谐振腔内,实现了准相位匹配内腔光学参量直接产生(QPM-IOPG)。PPLN晶体长20 mm,利用外加电场极化法制作,极化沿晶体的z向进行。设定声光Q开关重复频率为19 kHz,通过温度调谐和周期调谐,获得了信号光在1384~1541 nm范围内的连续输出,脉冲宽度约为80 ns。在PPLN晶体温度为140℃,极化周期为29μm时,内腔光参量产生的阈值仅为0.93 W,在3 W激光二极管抽运功率下,获得了140 mW的信号光输出;在极化周期为26.5μm时,内腔光参量产生的阈值增大到1.36 W,在3 W激光二极管抽运功率下,获得了105 mW的信号光输出。分析了不同极化周期下阈值和转换效率存在差异的原因,对内腔光学参量产生的阈值进行了理论分析和计算。     

一种新型皮秒脉冲激光器

一种新型皮秒脉冲激光器由序列脉冲激光的产生、单脉冲激光的选取、放大和倍频等部分组成,激光器工作物质选用Nd∶YAG晶体,用两个格兰棱镜分别作为起偏器和检偏器,激光器的振荡级利用被动锁模染料产生的锁模序列脉冲激光,经过单脉冲选择器选取出其中的一个单脉冲激光,再经激光器放大部分的放大和倍频晶体的倍频后,激光器最终输出能量为120mJ,脉冲宽度为100ps,波长为532nm的单脉冲激光,其功率约为1.2×109W,功率密度约为4.2×109W/cm2,系统的外触发同步精度优于2μs。