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。     

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。     

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.     

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。     

单端光纤耦合的声光调Q全光纤化光纤激光器

实现了一种单端光纤耦合的高重复频率、窄脉冲、窄线宽及高效率的主动声光调Q全光纤脉冲光纤激光器。该光纤激光器基于光纤光栅与平面镜组合而成的线性法布里-珀罗(F-P)腔结构,采用激光二极管与(2+1)×1抽运耦合器形成后向抽运,并利用单端光纤耦合声光调制器(AOM)实现了全光纤化结构的脉冲掺镱双包层光纤激光器。调Q声光开关工作在一级方向,反向输出调Q脉冲,重复频率20～100kHz可调。在重复频率50kHz、抽运功率5.7W下系统获得了输出激光功率2.64W、单脉冲能量528μJ、脉宽56ns、峰值功率943W的稳定的高效率、窄线宽的窄脉冲,中心波长在1080nm左右,线宽为0.06nm,光-光转换效率高达46%。     

亚皮秒L波段掺铒全光纤锁模激光器

报道了一种L波段的高功率亚皮秒掺铒光纤激光器。在全光纤环形腔内熔接2个偏振控制器(PC)和偏振相关的光隔离器(ISO),基于非线性偏振旋转锁模原理实现了全光纤结构锁模激光脉冲输出。输出激光的中心波长为1603nm,脉冲重复频率为37.8 MHz,单脉冲能量为4nJ,平均输出激光功率为152mW。对此全光纤锁模激光器进行合理的色散控制,可得到脉冲宽度为370fs的锁模激光输出。实验中使用高掺杂浓度的掺铒光纤,有效减少了其使用长度,提高了抽运转换效率,实现了结构简单紧凑、性能稳定可靠的L波段亚皮秒光纤激光器。     

百瓦级高能光纤激光器实验研究

试验研究了百瓦级端面泵浦高功率掺Yb~(3+)双包层光纤激光器.实现了最高功率621W激光输出.并利用有自主知识产权的粗光纤焊接技术,实现了全光纤结构单端泵浦125W激光输出,双端泵浦297W激光输出.     

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。     

弯曲限模对大模场光纤横模不稳定效应的影响

横模不稳定效应已经逐渐成为引起高功率光纤激光光束质量急剧恶化并限制其输出功率进一步提升的首要瓶颈问题。基于全光纤化正向泵浦的窄线宽高功率放大平台，对大模场光纤激光器中的横模不稳定效应进行了一系列的探索研究。根据耦合模方程的计算结果，所用大模场光纤25/400 μm中LP₀₁、LP₁₁模之间的非线性耦合强度最大，这也直接诱导了横模不稳定效应的发生。为了抑制LP₁₁模在主放大级的产生和放大，通过弯曲限模这种可操作性强的模式滤波技术，将主放增益光纤的弯曲半径从6 cm缩小至5 cm的过程中，高功率光纤激光系统的横模不稳定阈值从1000 W量级提高到了1600 W量级，而且激光器的其他输出性能几乎没有受到影响。这为构建实际的窄线宽高功率全光纤化的激光系统提供了强有力的实验参照。     

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266 nm全固态单频连续波激光器研究进展

高功率单频连续波266 nm激光在大容量信息存储、高分辨光谱监测及高精度紫外光刻等领域具有重要应用价值,近年来已成为国内外紫外激光领域的研究热点之一。文中首先综合比较了用于产生高功率266 nm紫外激光的非线性光学晶体基本性能,并根据主要的激光器频率锁定方法,重点分析了H?nsch-Couillaud (H-C)频率锁定和Pound-Drever-Hall (PDH)频率锁定方法的优缺点以及连续波单频266 nm激光器发展现状,介绍了本课题组最新研究成果,即基于H-C频率锁定方法实现了功率1.1 W的单频连续波266 nm紫外激光稳定输出。最后,针对进一步提升全固态单频连续波266 nm激光器性能亟需解决的问题和可能解决路径进行了简要分析和展望。     

多单元半导体激光器的高亮度光纤耦合输出

设计并研制了一种多单元半导体激光器的高亮度光纤耦合输出模块.激光器芯片采用分子束外延(MBE)方法生长的宽波导、双量子阱结构AlGaAs/GaAs激光器外延材料,激光器模块采用4只准直的单条形大功率半导体激光器,器件腔长为2 mm,发光区宽度为100μm,单条形器件的连续输出功率为5.0 W,每两只单条形器件的准直输出光束经过空间合束后再通过偏振合束,实现了多单元器件输出的高光束质量功率合成,采用简单的平凸透镜实现了合束光束与100μm芯径、数值孔径(NA)0.22石英光纤的高效耦合,耦合效率高达79%,输出功率达10.17 W,光纤端面功率密度达1.0×105W/cm2.     

高功率脉冲激光器抗失调谐振腔的研究

为简化高功率激光器谐振腔结构,提高激光器特别是高功率脉冲激光器的稳定性,增加基模体积,改善光束质量,采用直角内外圆锥面组合反射镜作为全反镜,平行平面镜作为输出镜组成新型激光谐振腔。使用高功率脉冲CO2激光器,研究了新型激光谐振腔的单脉冲输出能量和直角内外圆锥面组合反射镜失调角的关系以及新型腔激光器在全反镜失调时输出光斑的改变,并和平凹稳定腔脉冲CO2激光器进行了比较。实验结果表明,若两种激光器的全反镜失调角相同,组合锥面全反镜谐振腔激光器的单脉冲输出能量降低的程度不到平凹腔激光器的50%。在组合锥面全反镜失调角达到6′时,新型激光谐振腔激光器输出光斑形状没有明显变化。新型激光谐振腔的抗失调稳定性远超过平凹稳定腔。     

半导体双端抽运三程折叠谐振腔板条激光器

为了获得简单紧凑的固体激光器,采用半导体端面抽运三程折叠谐振腔板条激光器,建立了热透镜等效腔模型,进行了等效腔稳定性及腔内基模光斑半径的仿真分析,将新型结构与平-平腔结构进行了比对性实验研究。结果表明,在三程折叠腔长为170mm时,获得了21W的1064nm激光功率输出,光光转换效率为16.4%,斜效率为25%,水平和竖直方向上的M2因子分别为10.8和2.76。同等条件下,水平方向上M2因子从平-平腔的152.7优化到三程折叠腔的10.8;输出光斑水平方向尺寸由平-平腔的10.8mm压缩到三程折叠腔的4.1mm,验证了结构简单紧凑的端面抽运三程折叠谐振腔激光器光束的输出能力。该研究对获得腔内调Q和腔内倍频532nm激光器有实际意义。     

端面抽运全固态皮秒被动锁模激光器

利用国产半导体可饱和吸收镜(SESAM),设计了不同的腔型结构,实现了平均功率5W单路输出,5W双路输出,输出透过率可调节的半导体可饱和吸收镜线型腔连续锁模(CWML)激光器,双向输出六镜环行腔连续锁模激光器等。将半导体可饱和吸收镜放在腔内的特殊位置,利用一种新的技术方法实现了锁模激光器的频率翻倍。利用由非线性晶体KTP和双色镜构成的非线性镜(NLM),实现了端面抽运Nd∶YVO4激光器的4W锁模输出。     

掺镱光纤激光器中的自脉冲效应

高功率光纤激光器多选用掺镱双包层光纤作为增益介质。掺镱双包层光纤与普通非掺杂光纤相似,由于纤芯尺寸非常小,一般为几微米至几十微米量级,极容易产生自脉冲效应。进行了大功率条件下掺镱光纤激光器自脉冲效应的研究,观察到不同的自脉冲现象。 研究结果表明,在大功率激光作用下,尽管镱离子不存在浓度淬灭,但是对于大芯径掺镱双包层光纤,与其他三能级系统相同,均存在弛豫振荡引发的饱和吸收自脉冲效应。掺镱光纤激光器中的饱和吸收效应、受激布里渊散射、受激拉曼散射等自脉冲效应不容忽视。     

增益导引折射率反导引大模场光纤激光器特性分析

为了研究增益导引折射率反导引光纤激光器的功率分布及输出特性,根据此类光纤的结构原理和特点,建立了端面抽运的增益导引折射率反导引光纤激光器的基模光速率方程,推导了避免激发高阶模的增益阈值判决条件,并运用弦切法和Runge-Kutta法数值求解了该速率方程,分析了光纤长度、腔镜反射率等参量对基模输出功率的影响.采用芯径为1...     

被动锁模光纤激光器中增益支配孤子的腔至峰值功率钳位效应

通过实验和数值模拟研究了全正色散被动锁模光纤激光器中增益支配孤子的产生.实验观测和数值模拟结果分别证实了由腔导致的峰值功率钳位效应的存在.激光器性能对腔的结构的依赖性得到研究.研究结果表明:在光纤激光器中,能否获得具有更高脉冲能量的增益支配孤子是由腔的结构例如腔内非线性管理和输出比率选取决定的.     

164W LD侧抽运准连续Nd:YAG/HGTR-KTP高功率绿光激光器

为了研究百瓦级高光束质量绿光激光器,采用激光二极管侧面抽运双棒串接、双声光调Q的方法,依据光束传输矩阵,分析比较了V型折叠腔内分别置入单、双激光晶体时,其热透镜效应对谐振腔稳定性、折叠臂内光场分布以及倍频晶体处子午光斑和弧矢光斑大小的影响,倍频晶体选用具有抗灰迹特性的Ⅱ类临界相位匹配KTP晶体。当总抽运功率为1200W、重复频率为27.2kHz时,得到了脉冲宽度为130ns的164W准连续绿光输出,光光转换效率为13.7%,光束质量因子Mx2=10.46,My2=10.59。结果表明,使用双棒串接、双声光调QV型腔结构,可以获得百瓦级高功率、高光束质量532nm绿光输出。