163 MHz/786 fs高基础重复频率掺镱飞秒光纤激光振荡器

高重复频率光纤激光器因其光斑质量好、集成化程度高、光光转化率高等优势在光学频率梳、工业加工、超高速光学采样等领域有着举足轻重的作用。利用非线性偏振旋转（NPR）的锁模机理,设计并搭建了一款基础重复频率为163 MHz的“十字腔”型孤子锁模光纤飞秒激光器。该激光器锁模后在450 mW的泵浦功率下可以输出200 mW的最大功率,光谱半高宽为30 nm,输出脉宽为786 fs。通过进一步分析激光器泵浦功率与输出功率之间的关系,得到泵浦功率处于400～500 mW时,激光器处于最佳锁模状态,并且可以实现自启动锁模。所设计的激光器由于其更加紧密的光学频率梳齿、更好的成像质量和更快的成像速度,在精密光谱、天文探测等领域具有应用意义。     

可调谐锁模光纤激光器泵浦的超连续谱光源

为了实现平坦度更好、光谱覆盖可见光波段的超连续谱激光输出,研究了泵浦波长可调谐的全光纤结构超连续谱光纤激光器。设计搭建了一台非线性偏振旋转锁模脉冲光纤激光器,实现了9种中心波长的耗散孤子皮秒脉冲输出,波长调谐范围为1 041~1 076nm;以它作为种子源进行了两级功率放大,并泵浦10m长的光子晶体光纤,在泵浦激光功率为500mW时,得到9种输出光谱特性不同的超连续谱激光,得到当泵浦激光中心波长为1 050nm时,更利于实现光谱范围更宽、平坦度更好、可见光分量更多的超连续谱激光输出。为进一步拓宽超连续谱激光的光谱范围、提升光谱平坦度,将泵浦激光功率提升至1.45 W,最终实现了输出功率为600mW、短波边界为470nm、600~1 700nm内10dB光谱宽度为1 053nm的超连续谱激光输出。     

掺铒单模光纤飞秒脉冲激光器和放大器

为了获得一种被动锁模掺铒光纤振荡器及功率放大器,数值模拟出超短脉冲在光纤中的传输和演化过程,并基于此搭建了一种被动锁模掺铒光纤飞秒振荡器及功率放大器。实验获得了中心波长1560 nm、重复频率100 MHz、输出功率30 mW、脉冲宽度85 fs超短脉冲。通过采用PPLN晶体进行倍频,进一步获得了输出功率5 mW,中心波长780 nm的飞秒脉冲。该光纤激光器为全保偏光纤结构,具有体积小巧、可靠性高、稳定性好的特点。     

超快飞秒脉冲激光测量技术研究

本论文主要从事有关飞秒超短脉冲测量的研究工作。对激光超短脉冲的脉宽测量、脉冲重现及短脉冲固体激光器等研究领域作了比较详细全面的调研。研制了一台能测量超短脉冲宽度的转镜式自相关仪，它具有测量范围宽、扫描线性好、使用方便、分辨率高等特性。利用该仪器已测到接找２０ｆｓ的钛宝石激光超短脉冲。还进行了相关短脉冲固体激光器的研制工作。     

激光偏振特性对光纤传感强度补偿的影响探因

介绍了用于光纤传感系统的双光路强度补偿原理，着重分析了普通内腔式He－Ne激光器输出激光偏振特性影响强度补偿的原因，并给出了部分实验结果。     

被动锁模掺铒光纤激光器中的有理数谐波锁模现象的研究

在分析有理数谐波锁模的理论和非线性放大环镜（NALM）传输特性的基础上,对被动锁模掺铒光纤激光器进行了相关的研究。实验中除了观测到了稳定的谐波锁模脉冲外,还观察到了的有理数谐波锁模脉冲的产生现象,分析其脉冲重复频率也证实此类脉冲序列具有属于3阶、5阶和6阶有理数谐波锁模脉冲序列重复频率的一样的规律。     

基于偏振干涉滤光片的宽波带偏振方向旋转器的设计

首次提出了基于偏振干涉滤光片设计方法的宽波带偏振方向旋转器。该旋转器实现了 380 nm～ 780 nm全波长范围内的偏振方向旋转。与普通的只针对某一特定波长的半波片相比 ,该偏振旋转器特性大大超越了普通 1 /2波片 ,并且入射角在± 2 0°范围仍实现偏振方向旋转 90°的要求。将该偏振方向旋转器用作 LCD或 LCOS投影仪中的偏振转换器 ,将大大提高系统的光能利用率以及投影系统的对比度。     

基于少模光纤的轴对称偏振光束的产生

首先介绍了轴对称偏振光束的基本概念以及特性,然后以少模光纤为模式转换器,通过旋转偏振控制器上光纤挤压器的旋钮对光纤中间部分施加压力,同时配合旋转光纤挤压器,以实验的方式获得了不同模式的轴对称偏振光束。通过调节偏振控制器以及输入光束和光纤的离轴状态,分别得到了径向偏振TM01模式,角向偏振TE01模式,奇数混合偏振HEodd21模式,偶数混合偏振HEeven21模式,以及线偏振HE11模式五种光纤所激发的模式。同时,还通过干涉实验中叉形光栅结构证明了相位奇点的存在。     

重复频率锁定的783 nm飞秒光纤激光器研制

设计并搭建了重复频率长时精确锁定的783 nm飞秒光纤激光器。该激光器基于全保偏非线性干涉环镜(NALM),实现掺铒光纤振荡器锁模脉冲输出,由与脉冲分离器级联的环境稳定掺铒光纤双级放大器进行功率放大,实现了平均功率1.30 W、脉冲宽度130 fs、重复频率77.1 MHz、1 560 nm脉冲输出;通过周期极化铌酸锂(PPLN)光学晶体倍频,获得了平均功率为0.52 W、脉冲宽度为140 fs、783 nm脉冲输出。通过重复频率监测及锁相环技术,进一步将掺铒光纤振荡器的重复频率溯源至参考铷原子钟,12 h内频率抖动峰-峰值为5 mHz、标准偏差为1.2 mHz。该激光器系统具有稳定性高、集成度高、体积小的特点。     

Two‐frequency CARS imaging by switching fiber laser excitation

To fully exploit the power of coherent Raman imaging, techniques are needed to image more than one vibrational frequency simultaneously. We describe a method for switching between two vibrational frequencies based on a single fiber‐laser source. Stokes pulses were generated by soliton self‐frequency shifting in a photonic crystal fiber. Pump and Stokes pulses were stretched to enhance vibrational resolution by spectral focusing. Stokes pulses were switched between two wavelengths on the millisecond time scale by a liquid‐crystal retarder. Proof‐of‐principle is demonstrated by coherent anti‐Stokes Raman imaging of polystyrene beads embedded in a poly(methyl methacrylate) (PMMA) matrix. The Stokes shift was switched between 3,050 cm^?1, where polystyrene has a Raman transition, and 2,950 cm^?1, where both polystyrene and PMMA have Raman resonances. The method can be extended to multiple vibrational modes.     

Application of a high power Yb fiber‐based laser compatible with commercial optical parametric oscillator for coherent anti‐stokes raman scattering microscopy

Coherent anti‐Stokes Raman scattering (CARS) microscopy is a powerful tool for chemical analysis at a subcellular level, frequently used for imaging lipid dynamics in living cells. We report a high‐power picosecond fiber‐based laser and its application for optical parametric oscillator (OPO) pumping and CARS microscopy. This fiber‐based laser has been carefully characterized. It produces 5 ps pulses with 0.8 nm spectral width at a 1,030 nm wavelength with more than 10 W of average power at 80 MHz repetition rate; these spectral and temporal properties can be slightly modified. We then study the influence of these modifications on the spectral and temporal properties of the OPO. We find that the OPO system generates a weakly spectrally chirped signal beam constituted of 3 ps pulses with 0.4 nm spectral width tunable from 790 to 930 nm optimal for CARS imaging. The frequency doubling unconverted part is composed of 7–8 ps pulses with 0.75 nm spectral width compatible with CARS imaging. We also study the influence of the fiber laser properties on the CARS signal generated by distilled water. In agreement with theory, we find that shorter temporal pulses allow higher peak powers and thus higher CARS signal, if the spectral widths are less than 10 cm^?1. We demonstrate that this source is suitable for performing CARS imaging of living cells during several hours without photodamages. We finally demonstrate CARS imaging on more complex aquatic organisms called copepods (micro‐crustaceans), on which we distinguish morphological details and lipid reserves. Microsc. Res. Tech. 77:422–430, 2014. © 2014 Wiley Periodicals, Inc.     

光纤光梳温度反馈控制方法研究

为了解决光学频率梳长时锁定困难的问题,对光学频率梳重复频率（fr）与载波相位偏移频率（f0）的控制方法进行了改进。采用上、下两块半导体制冷片（TEC）对振荡器局部环境进行温度控制,并微调TEC温度将fr与f0漂移量分别稳定在10 Hz和600 Hz以内。利用锁相电路反馈控制有效腔长和泵浦光功率对fr与f0进行了精密锁定...     

皮秒脉冲隐形切割碳化硅晶圆实验研究

为了实现高速度切割碳化硅（SiC）晶圆,采用自行研制的高能量皮秒脉冲光纤激光器进行了隐形切割实验。依据切片的截面形貌、表面热损伤区和边缘直线度,分析了皮秒激光器的切割结果,并探究了单脉冲能量和扫描速度对切片质量的影响。结果表明,当使用中心波长为1 030 nm、重复频率为100 kHz、单脉冲能量为20μJ、脉冲宽度约为100 ps的皮秒脉冲隐形切割360μm厚度的SiC晶圆时,切片的质量能够满足实际应用要求,且激光的扫描速度可达400 mm/s,相应的切割速度为44.44 mm/s,高于其他相关报道。     

飞秒刻写光纤F P腔级联FBG传感特性研究

提出了一种飞秒刻写光纤法布里-珀罗(F-P)腔级联切趾布拉格光纤光栅(FBG)的微结构传感器并研究了该传感器的温度与应变传感特性。该微结构传感器光谱稳定性良好,监测时长2 h内FBG波长最大漂移量为0.009 nm,功率最大漂移量为0.015 d B,F-P腔波长最大漂移量为0.018 nm,功率最大漂移量为0.072 d B。当应变由0με增至450με再减回0με时,该微传感器FBG特征峰先右移再左移,波长变化0.530 4 nm,应变灵敏度约1.17 pm/με,线性度高于0.99;光纤F-P腔特征谷波长变化0.491 1 nm,应变灵敏度约1.10 pm/με,线性度高于0.90。当温度由50℃升至200℃再降回50℃时,FBG特征峰先右移再左移,波长变化约1.418 nm,应变灵敏度约10.09 pm/℃,线性度高于0.95;光纤F-P腔特征谷波长变化约1.578 nm,应变灵敏度约10.53 pm/℃,线性度高于0.98。所提出的微结构传感器是解决单根光纤双参数测量的有效手段,同时对复杂环境下的多参数耦合测量与解耦也具有重要的参考价值。