熔融石英中实现高效率的百毫焦受激布里渊散射

固体布里渊增益介质是目前实现高稳定、高重复频率受激布里渊散射(SBS)的重要光学元件，能够产生高光束质量的相位共轭光。然而，不同于被广泛研究的液体布里渊增益介质，目前针对固体布里渊增益介质如何产生高效率高能量的SBS尚无成熟的研究。近日，笔者团队以块状熔融石英作为布里渊增益介质，在高强度纳秒激光脉冲泵浦下，围绕熔融石英中的SBS能量转换效率和损伤阈值与泵浦光纵模的关系开展了研究，实现了最高单脉冲能量183.1 mJ、反射率为81.0%、斜效率高达85.8%的相位共轭光输出。该研究结果对于实现高功率全固态的SBS相位共轭镜，进而提升脉冲激光器的输出功率水平、获得高稳定高效率的SBS运转具有重要的指导意义。     

免调试激光器研究新进展

介绍了免调试激光器的基本概念和广泛应用,总结了国内外关于免调试激光器的研究在实现激光器小型轻量化、多波长输出、改善大能量/高功率激光器光束质量方面的新进展,以及向双角锥棱镜谐振腔方向拓展应用研究的新动向。重点报道了角锥棱镜谐振腔在相干合成领域的最新进展,分别实现了角锥光纤激光器互注入相干合成和基于角锥固体激光器互注入相干合成,为实现高可靠、大能量/高功率、高光束质量激光输出提供了一个有效技术途径。     

180 W单频全光纤激光器

高功率单频光纤激器在相干探测、功率光谱合成等方面具有广泛的应用前景。分析了高功率单频光纤激光器中受激布里渊散射效应的抑制方法,研究了放大级特性对受激布里渊散射效应的影响。采用线宽为70 kHz的单频光纤激光器作为种子源,经两级光纤放大,实现了中心波长1 064.1 nm、线宽70 kHz、最高功率为180 W的单频全光纤激光输出,光-光转换效率71.1%,光束质量Mx2=1.2,My2=1.21。分析了改变放大级特性前后输出功率提升的原因,认为改变放大级的温度分布减小了受激布里渊散射效应的增益系数,提高了输出激光的受激布里渊散射阈值,促使改变放大级温度分布后的输出功率大幅提高。该激光器的输出功率仅受限于泵浦功率,进一步提高泵浦功率,有望实现更高功率的单频光纤激光输出。     

多芯光子晶体光纤的相干组束集成

高功率光纤激光器的广泛应用前景使其成为固体激光器的研究新热点,但是由于受到受激布里渊散射（SBS）和受激拉曼散射（SRS）的影响,严重限制了单根光纤的最大输出功率,与此同时随着输出功率的增加带来了光束质量变差的问题。光纤激光并联组束的方法因其光束质量差,也在其应用上受到诸多限制,而基于倏逝波耦合的多路激光束相干叠加实现的相干组束技术则能使输出功率得以提高的同时保证好的光束质量。基于上述的问题,文中设计出解决方案并理论计算对比了一芯、三芯、七芯的光子晶体光纤光强分布情况,证明集成式多芯光子晶体光纤可以很好地实现相干组束输出,这为实现光纤激光器高功率和高光束质量输出提供新的可能途径。     

双端输出光纤激光器互注入锁相研究

为了获得高功率、高光束质量相干光纤激光输出,设计了一种双端输出的光纤激光器。两路光纤激光器尾端通过反射率为85%的光纤布拉格光栅连接,有一定的相互关联,利用角锥反射器使其能量相互注入,实现锁相,并利用偏振片分光,实现相干合成输出。实验上,在远场得到了清晰稳定的干涉条纹(可见度约为0.92),获得了8.6 W的相干合成激光输出,对应的功率合成效率约为90%。实验结果表明,该方案结构简单,稳定性好,相干度高,并可用于多路激光相干合成,为实现高功率光纤激光相干合成输出提供了一种新的思路。     

高功率自由空间拉曼放大技术研究进展(特邀)

高功率特殊波段激光在钠信标、激光测距、激光雷达、自由空间通信等领域具有重要的应用价值。目前，基于受激拉曼散射(stimulated Raman scattering, SRS)的拉曼激光器及放大器已经被证实为拓展激光波段和功率的有效途径。不同于基于粒子数反转激光器在产生和放大过程中需匹配激光增益介质固有的吸收和发射谱，SRS过程理论上能够在其拉曼增益介质透过光谱的全范围内工作，故只需要相互作用光束的频率差满足拉曼增益介质的固有频移，便可实现光束之间的能量直接转移。因此，拉曼放大技术能够利用常规波段的泵浦光对特殊波段的种子光进行放大，从而实现高功率、大能量、高光束质量的特殊波段激光输出。该方法具备波长选择灵活、结构简单、功率拓展性强等优点，近年来已经在钠信标光源等领域得到了应用。文中综述了高功率自由空间拉曼放大技术的主要原理、特性和研究进展，并对其发展趋势和应用前景进行了展望。     

基于受激布里渊散射的调Q光纤激光器研究

为了获得窄脉宽和高功率的光纤激光脉冲,对基于受激布里渊散射的脉冲抽运调Q光纤激光器进行了实验研究.设计了布喇格光纤光栅、掺Yb3+双包层光纤和单模光纤作为线性谐振腔.采用锥形光纤连接抽运模块与掺Yb3+双包层光纤实现了光纤激光器的全光纤化结构.通过脉冲抽运方式,利用光纤中的非线性效应——背向受激布里渊散射对激光进行混合调Q,得到了纳秒量级的脉冲输出,其脉宽为400ns,平均功率2.5W,重复频率15kHz.结果表明,通过脉冲抽运方式,利用光纤中的受激布里渊散射能够有效地压缩输出脉冲的线宽,实现高功率输出.     

包层抽运掺镱光纤激光器中受激拉曼散射和受激布里渊散射效应

高功率光纤激光器大多选用掺镱双包层光纤作为增益介质,由于光纤尺寸较小,极易在光纤谐振腔中产生受激布里渊散射、受激拉曼散射效应。包层掺镱双包层光纤激光器中一旦发生受激拉曼散射和受激布里渊散射效应,其产生高强度信号成为高功率光纤激光器的主要噪声来源,影响激光输出的特性和稳定性。对包层抽运掺镱光纤激光器中的受激布里渊散射和受激拉曼散射进行了实验研究,在单模双包层光纤中观察到受激布里渊散射和受激拉曼散射。实验结果表明,在光纤谐振腔中,抽运方式、谐振腔输出镜损耗、受激瑞利散射对受激布里渊散射的影响较大,尤其是受激瑞利散射为谐振腔提供了附加反馈,不仅压窄激光信号的线宽,而且使得受激布里渊散射的阈值迅速降低。     

可调谐多倍布里渊频移间隔多波长光纤激光器

实验研究了波长间隔为双倍和三倍布里渊频移的多波长布里渊掺铒光纤激光器,通过改变布里渊抽运波长实现了多波长激光器的调谐。实验得到了波长间隔为双倍布里渊频移即0.17nm的8个布里渊多波长激光产生,输出波长可以在110nm(1528~1638nm)范围内调谐;还得到了波长间距为三倍布里渊频移即0.26nm的5个布里渊多波长激光产生,输出波长可以在60nm范围(1535~1595nm)内调谐。另外,实验还发现布里渊抽运激光波长在激光器自激发振荡波长范围内时,产生的布里渊波长数达到最大值。该研究在密集波分复用光纤通信系统、微波光子学、光纤传感、光谱测量等领域具有重要的应用前景。     

基于中心掺杂的3.5 kW窄线宽光纤激光器

正目前,进一步提升光纤激光器的输出功率的有效方案是光束合成,主要包括相干合成和光谱合成。而光束合成要求激光子束具有窄线宽、高功率、高光束质量的特性。随着输出功率的提升,窄线宽光纤激光器受到受激布里渊散射(SBS)、受激拉曼散射(SRS)和模式不稳定性(MI)的限制越来越明显。     

高功率单频主振荡光纤功率放大器研究进展

高功率单频主振荡光纤功率放大器在相干合束、引力波传感器、自由空间光通信、测距、激光雷达、非线性频率转换等有广泛应用。综述了高功率单频主振荡光纤功率放大器的国内外研究进展,分析了高功率单频光纤放大器关键技术,如种子激光源、受激布里渊散射与放大自发辐射噪声的抑制技术,指出了千瓦量级的主振荡光纤功率放大器未来的研究方向。     

高能光纤激光器光束合成技术

高能光纤激光器光束合成技术是近年来高能激光器尤其是定向能源应用中的研究热点,可突破单根单模光纤激光的输出功率限制,为高功率高光束质量的激光武器应用奠定了理论基础。介绍了光纤激光非相干合成和相干合成的国内外研究现状,给出了非相干合成技术中光束重叠和光谱合成的基本合成原理,重点介绍了国内外多家研究机构光谱合成近年来所达到的技术水平;介绍了国内外相干合成技术的最新研究进展,对相干合成等效大口径激光阵列输出中几种不同的透射式相干合成阵列输出和反射式相干合成阵列输出的关键合成装置,以及相干合成单一孔径输出中的核心光学元件进行详细分析。最后简要对比了高能光纤激光器光束相干合成技术和非相干合成技术的优缺点和应用范围。     

一种线形腔的多波长布里渊掺铒光纤激光器

布里渊掺铒光纤激光器(BEFL)是一种利用非线性效应——布里渊散射来实现多波长输出的激光器,波长间隔大约为0.088 nm(11 GHz).研究了一种多波长布里渊掺铒光纤激光器线形结构,通过引入反馈实现多波长输出.在布里渊泵浦功率为11 mW,980 nm泵浦功率为12 mW时获得了波长间隔为0.08 nm的34个波长的激光输出以及1 525～1 570 nm可调谐范围.并通过调节980 nm抽运光功率以及布里渊泵浦光波长,实现了可调谐的多波长输出.还研究了980 nm抽运光功率对产生的斯托克斯光波数的影响.     

基于级联相位调制的4.9kW窄线宽单纤光纤激光器

高功率窄线宽光纤激光器在遥感测量、引力波探测、光束合成等领域中应用广泛,但硅基光纤中的受激布里渊散射效应限制了其输出功率。对单频种子源进行相位调制以展宽线宽是常见的抑制受激布里渊散射的方法。然而,单一机理的射频相位调制对受激布里渊散射效应的阈值提升能力有限,已经不能满足近5 kW的激光功率需求。分析了伪随机二进制序列和正弦信号级联的相位调制对光谱展宽和受激布里渊散射效应抑制的影响,搭建了级联相位调制的高功率窄线宽光纤激光器,采用四级功率放大结构,在46 GHz均方根线宽下,实现了4.93 kW激光输出,中心波长为1067.5 nm,斜率效率为78%,光束质量为M²<1.2。     

基于主动偏振控制技术实现高功率线偏振飞秒光纤激光

<正>高功率超快光纤激光在基础研究和工业领域中都有广泛的应用。目前，基于自由空间耦合和全光纤结构的超快激光啁啾脉冲放大（CPA）系统的平均功率已经分别达到了830 W和440 W。需要指出的是，由于CPA系统中压缩器的偏振选择特性，超快光纤激光一般输出线偏振光。此外，在一些特定的应用如超快激光相干合成中，也需要采用线偏振光。一般来说，线偏振光的产生和放大通常都是基于保偏光纤实现的。     

基于光谱展宽的高功率窄线宽激光器研究进展

高功率窄线宽连续光纤激光器在科学研究、工业加工和军事功防领域具有广泛的应用价值。在保证激光器输出质量的前提下，不断提升输出功率是高功率激光器不懈追求的关键目标之一。受激布里渊散射效应是制约激光功率提升的关键因素之一，本文针对受激布里渊散射效应展开，重点介绍基于光谱展宽的非线性效应抑制方法的不同方案与效果，综述利用相位调制展宽种子源光谱的发展历程，分析当前存在的问题并展望该技术的发展前景。     

双芯光子晶体光纤相干合成的研究

光纤激光器相干组束是目前实现高功率光纤激光系统的重要技术途径,利用本文的方法得到了双包层结构的双芯光子晶体光纤的相干合成输出,纤芯直径为2.05μm,空气孔间距Λ为2.07μm,空气孔直径d为1.44μm,测得了明显的相干条纹,光纤输出达30μW,这一成果为多芯光子晶体光纤激光器的发展开拓了新的方向.     

5 kW窄线宽全纤化单模光纤放大器

正光谱合成、相干合成等光束合成技术是目前突破单纤功率限制、提升光纤激光输出功率的有效途径,其中高光束质量、高功率窄线宽光纤激光作为合成的子束一直是国内外研究的热点。目前,窄线宽光纤激光器输出功率的提升受限于受激布里渊散射(SBS)、受激拉曼散射(SRS)和模式不稳定性(MI)等非线性效应,5 kW以上的近衍射极限窄线宽光纤激光的输出在国内尚未有报道。2020年12月,     

上海光机所光纤激光二维阵列实现26W相干耦合激光输出

近日,中国科学院上海光机所先进激光技术与应用系统实验室采用4束光纤激光构成二维阵列通过共用外腔技术,成功实现了4束二维光纤激光器阵列的位相锁定,观测到稳定、清晰的相干阵列光斑图样,获得了26W的相干耦合激光输出。这是继单根光纤激光突破千瓦和成功实现两束光纤激光相干合成以来,在高功率光纤激光领域的又一重要突破。     

可调谐多波长布里渊随机光纤激光器

提出了一种可调谐多波长布里渊随机光纤激光器,其具有半开腔结构,一端利用3dB耦合器构成全反端,另一端利用单模光纤中随机分布的瑞利散射作为反射,经掺铒光纤放大器放大后的布里渊抽运光,在长单模光纤中形成级联的高阶受激布里渊散射,即实现多波长布里渊随机激光输出。实验结果表明:当布里渊抽运波长为1530nm时,从该激光器最多可获得7个斯托克斯波长的随机激光输出;通过改变布里渊抽运功率及掺铒光纤抽运激光功率,研究了功率的大小对多波长随机激光输出的影响。此外,通过改变布里渊抽运激光波长,实现了多波长布里渊随机激光在1515~1565nm范围内的调谐。