百微焦级飞秒光纤激光放大系统

实验研究了基于掺Yb3+光纤的啁啾脉冲放大(CPA)系统。利用半导体可饱和吸收体锁模光纤激光器作为种子源,采用啁啾脉冲放大技术,将波长为1030 nm的脉冲展宽到数百皮秒进行放大。采用多级的掺镱单模光纤和双包层光纤组成预放大器,主放大器采用大模场的掺镱棒状光子晶体光纤作为激光工作物质,实现了重复频率为211 k Hz,功率为50 W的单模皮秒脉冲输出。通过合理地控制放大系统中每一级光纤放大器的增益以及非线性积累量,有效抑制了高能脉冲放大过程中非线性效应对脉冲时域特性的影响。采用反射式光栅对,对输出的放大脉冲进行压缩,最终获得了脉宽为887 fs的激光输出,单脉冲能量达到124μJ,对应峰值功率为139.8 MW,该实验结果为国内首次报道基于光纤结构的百微焦级飞秒激光系统。     

用于高能短脉冲激光的光纤前端系统的展宽与放大特性

光纤技术为惯性约束聚变激光驱动器前端系统提供了许多便利,如便于分路、鲁棒性和稳定性.提出了一套全光纤前端的方案来适应未来高能拍瓦激光装置对种子源的需求.实验研究了这套用于产生高能短脉冲激光的光纤前端系统的啁啾脉冲展宽与放大特性.采用锁模振荡器的相位锁定信号作为系统的参考时钟,将各级光开关器件进行同步.系统采用波导幅度调制器来选取需要的信号重复频率,并用声光调制器(AOM)对放大器级间放大自发辐射(ASE)光进行抑制.通过大模场光纤放大器后系统输出啁啾脉冲峰值功率4.1 kW,脉宽760 ps,输出脉冲稳定.鲁棒性、高可靠性和使用便捷的优点使这套前端系统为高能拍瓦激光装置提供了一种可选择的种子脉冲产生方式.     

全光纤结构高增益脉冲光纤放大器的实验研究

为了探讨多级级联掺镱光纤放大器的脉冲放大特性,采用主振功率放大技术(MOPA),实验研究了3级级联、全光纤结构的高增益脉冲激光放大器。通过优化各放大级增益光纤的长度和抽运光功率的大小,在保证高放大增益的同时,抑制了掺镱光纤中自发辐射光的自生激光振荡,并对第2放大级进行了结构优化。在脉冲激光放大过程中实现了中心波长1064nm、脉冲宽度19ns、重复频率5kHz、峰值功率3.8kW、总放大增益达43.8dB的稳定激光输出。同时,制作完成了1台结构紧凑、全光纤结构的脉冲光纤放大器样机,对重复频率1Hz的低频脉冲信号进行了放大实验,也得到了43.2dB的输出信号增益。结果表明,本脉冲光纤放大器对低频脉冲信号有很好的放大效果。     

两路纳秒脉冲光纤激光相干合成的实验研究

报道了两路纳秒脉冲光纤激光的相干合成(CBC)实验。利用主振荡功率放大(MOPA)结构搭建两路全保偏光纤激光放大器,利用随机并行梯度下降(SPGD)算法对两路放大器进行相干合成,获得了重复频率10MHz、脉冲宽度10ns、平均功率50mW的脉冲激光输出。系统闭环时目标圆孔内能量提高了1.76倍,远场光斑条纹对比度提高了4.38倍。     

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。     

高峰值功率皮秒脉冲棒状光子晶体光纤放大器

高峰值功率的超短脉冲激光器在激光精细微加工等领域具有重要应用价值。以超大模场光纤为增益介质对超短脉冲激光进行功率放大,是实现高光束质量、高峰值功率超短脉冲激光输出的有效技术手段。以脉冲宽度、重复频率可调的1030nm锁模光纤激光器为种子光源,通过多级全光纤功率预放大和以超大模场棒状光子晶体光纤(PCF)为增益介质的功率放大器,搭建了高峰值功率皮秒脉冲光子晶体光纤放大器系统。实验研究了棒状PCF放大器的输出特性,在脉冲宽度为30ps时实现了峰值功率为2.94 MW的近衍射极限激光放大输出。     

39fs,16W全光子晶体光纤飞秒激光系统

实验研究了高平均功率输出的光子晶体光纤飞秒激光系统。系统中振荡器和放大器均使用保偏型掺Yb3 双包层大模场面积光子晶体光纤(LMA-PCF)为增益介质,具有极低非线性系数、很高的增益系数,并能保证很好的环境稳定性。系统研究了种子光功率、脉冲宽度、脉冲啁啾和放大器抽运光功率等参数对系统输出飞秒激光脉冲宽度的影响。在输入种子光平均功率为180mW,放大器抽运功率为40W时,获得平均功率16W输出(对应单脉冲能量320nJ),脉冲宽度压缩到39fs。     

基于国产大模场面积双包层光纤的高重复频率纳秒脉冲光纤放大器

以单模1064 nm激光二极管(LD)光纤级联放大构成的全光纤化模块为种子光源,以国产大模场面积(LMA)双包层掺镱光纤为放大器,构成了高重复频率纳秒脉冲主振荡功率放大(MOPA)系统.实现了平均功率为59 W的脉冲放大激光输出,中心波长1064 nm,脉冲宽度22.7 ns(重复频率50 kHz时),重复频率50～150 kHz连续可调.实验研究了激光脉冲的时域和光谱特性,分析了光纤功率放大对激光脉冲波形的影响.     

混合放大100MHz高重复频率窄脉宽单频激光器

利用高速光强度调制器对线宽为70kHz的单频连续(CW)光纤激光器发出的激光进行调制,获得了100MHz高重频、1ns窄脉宽激光输出,调制后脉冲激光的线宽小于0.8GHz。利用光纤激光放大器和Nd…YVO4固体激光放大器的混合放大装置进行放大,在一级固体激光放大后输出平均功率为13 W,在二级固体激光放大后获得了32.9W的脉冲激光输出。实验中对调制后单频窄脉宽的小信号激光采用光纤激光放大器进行预放大,预放大输出激光功率达到2W后采用固体激光放大器放大,从而避免了单频窄脉宽激光在光纤放大器中极易产生的受激散射和放大自发辐射(ASE)所导致的放大器损坏。放大后的激光仍保持了0.8GHz线宽和1ns脉宽、100MHz重频。这样的输出激光在一些特殊要求中可以获得应用。     

全光纤结构的脉冲光纤放大器

结合双包层掺镱光纤(YDCF)和主振荡功率放大(MOPA)技术,利用熔融拉锥的光纤侧面耦合器,设计和实验研究了全光纤结构的脉冲光纤放大器。在不同重复频率时,通过放大脉冲激光的输出光谱,对输出脉冲激光中的剩余抽运光和受激拉曼散射光功率进行了修正;并研究了激光脉冲的时域特性,以及在脉冲放大过程中对输出激光脉冲宽度的压缩作用。获得输出放大脉冲激光的主要参数:峰值波长为1075 nm,脉冲宽度为18~300 ns,重复频率为5~20 kHz,峰值功率达9.87 kW,斜率效率达52.2%,光束质量M2=2.0。同时,制作完成了一台结构紧凑、全光纤结构的脉冲光纤放大器样机,其最大外形尺寸为370 mm×270 mm×90 mm。     

超短脉冲掺Yb3 光纤激光器的多脉冲运转

报道了一种由偏振敏感的光隔离器(ISO)和偏振控制器(PC)构成的掺Yb3 光纤超短脉冲环形激光器,其在没有进行色散补偿的情况下,通过调节PC的方向,实现了稳定的锁模多脉冲运转.在偏振状态一定的情况下,随着抽运源功率的增加,光纤激光器输出经历单脉冲到多脉冲的改变,通过改变PC和抽运源的抽运电流,可实现不同的多脉冲输出.分析表明,多脉冲的产生主要是可饱和吸收体的过驱动引起的.     

超短脉冲掺Yb3+光纤激光器实验研究

报道了使用976nm半导体激光器作为抽运源。以掺Yb^3 光纤作增益介质构成环形腔激光器产生超短脉冲的实验研究。在腔体净群速度色散为正的掺Yb^3 光纤环形腔激光器中，采用非线性偏振旋转的相加脉冲锁模技术。通过调节偏振控制器的方向和减少腔内损耗，实现稳定的锁模运转。用示波器观察光纤激光器在时域的输出特性，在抽运光一定的情况下，随着光偏振状态的变化，光纤激光器锁模激光的变化呈现稳定和不稳定两个区域。在不稳定锁模区域，激光为不规则的脉冲。通过仔细调节光纤偏振控制器的位置，当光纤偏振控制器在某一适当位置时。激光器工作在稳定的锁模区域。获得最大功率为9．46mW，脉冲激光光谱宽度为10nm．脉冲的重复频率为15．4MHz。     

掺Yb3+双包层光纤激光器的自脉冲行为分析

为了对掺Yb3+双包层光纤激光器的自脉冲行为进行系统的理论研究,采用数值模拟方法,对光子数密度和反转粒子数密度随时间及抽运功率的变化、阻尼系数与后腔镜的反射率和掺杂粒子浓度的关系,以及光纤本身固有振荡频率随后腔镜反射率的变化进行了理论分析.结果表明,随抽运功率的增加,振荡频率增加,振幅度减小;降低输出端的反馈和粒子的浓度可以抑制自脉冲现象.另外提出了抑制光纤激光器自脉冲的措施,为设计掺Yb3+双包层光纤激光器提供了理论依据.     

1053nm超短脉冲光纤激光的产生

为了研究环形腔掺Yb3+光纤激光器的输出特性,采用两个波长为976nm的半导体激光器作为超短脉冲激光器的抽运源,利用非线性偏振旋转锁模技术,实现了激光器的自起振锁模运转.实验中通过调节掺杂光纤的长度和偏振控制器波片的位置实现了锁模脉冲的波长调谐,在掺杂光纤长度为1.6m时,获得了波长为1053nm、最大输出功率为9.5mW、光谱宽度为6nm、重复频率为23.7MHz的超短光脉冲输出.实验结果与分析表明,采用调节光纤的长度和偏振控制器可实现超短脉冲光纤激光器的波长调谐.     

非线性光纤环形镜掺铒光纤激光器的实验研究

为了研究掺铒光纤激光器超短脉冲的产生,采用增益平坦型掺铒光纤放大器、两个偏振控制器以及3个耦合器,利用非线性光纤环形镜加成脉冲锁模技术,通过改变偏振控制器的方向,获得最大输出功率为0.6mW的脉冲输出,对应的光谱宽度9nm、中心波长1561nm、脉冲宽度434ps、脉冲的重复频率为1.1MHz.该脉冲经过掺铒光纤放大器放大后,最大输出功率为10.8mW.放大后锁模脉冲的中心波长保持不变、光谱带宽稍有变窄、输出功率明显增大、脉冲宽度展宽为495ps.实验结果表明,采用商用的掺铒光纤放大器可实现结构简单、调节方便的掺铒光纤激光器超短脉冲输出,且掺铒光纤激光器可以实现自启动,并长时间稳定锁模工作.     

掺镱双包层光纤激光器的自脉冲分析

利用速率方程对掺Yb3＋双包层光纤激光器的自脉冲行为进行了系统的理论研究,给出了光子数密度扰动时变关系式。数值模拟了光子数密度随时问及泵浦功率的变化;阻尼系数与后腔镜的反射率和掺杂粒子浓度的关系;以及光纤本身固有振荡频率随后腔镜反射率的变化。结果发现,增加输出端的反馈和粒子的浓度可以抑制自脉冲现象。当后腔镜的反射率大于0．7时,可以抑制光纤本身固有的振荡,并提出抑制光纤激光器自脉冲的措施。为设计掺Yb3＋双包层光纤激光器提供了理论依据。     

基于大模面积掺Yb光纤的100W种子光主振荡器功率放大技术

演示了一种基于大模面积掺Yb3+离子的全光纤放大器系统,该系统采用975 nm泵浦。系统是利用泵浦与Yb3+离子有源光纤相互作用产生信号源,光源为半导体激光放大的单频种子。通过优化系统,合理设计搭建光学器件,控制光束逆传输,减少非线性光学的干扰。100 W信号源作用于系统上,采用多级掺镱光放大的主振荡器功率放大器（MOPA）,最大输出3.2 kW连续激光。平均光-光转化效率为78.26%。光束质量Mx21.657,My21.735。输出稳定性小于2%。系统连续信号放大输出光具有广泛的应用范围。掺Yb3+离子的全光纤放大主要用于激光检测、工业测量技术研究等领域。     

被动调Q锁模掺镱光纤激光器

报道了基于偏振旋转技术等效快可饱和吸收体的被动调Q锁模光纤激光器,采用976 nm半导体激光器作为抽运源,高掺杂浓度的Yb3 光纤作为增益介质构成环形腔,通过调节抽运光功率和偏振控制器的角度得到了调Q,调Q锁模与锁模三种稳定的输出脉冲。获得的锁模脉冲中心波长为1.05μm,重复频率为20 MHz,脉冲光谱宽度为13.8 nm,抽运功率为270 mW时,锁模平均输出功率为15.82 mW;调Q频率为17.54 kHz,调Q脉冲宽度为8μs,光谱宽度为4.7 nm;调Q锁模中调Q重复频率为300 kHz。     

注入连续光实现锁模光纤激光器的波长稳定

提出了一种实现锁模光纤激光器波长稳定的方法,即向锁模激光器腔内注入连续光,使某一组纵模在注入连续光的基础上起振。这组纵模在对增益介质的竞争中可以稳定地占据优势,从而实现激光器输出光谱的稳定。理论分析发现注入连续光会使锁模激光器纵模线宽变大,而线宽的增大将会增加进入纵模的连续光功率。在实验中对基于掺铒光纤放大器(EDFA)的主动锁模光纤激光器进行波长稳定,激光器的调制频率为10.06 GHz,观察到了良好的稳定效果。为进一步检验波长稳定的效果,对锁模光纤激光器进行波长稳定后,将其输出的光信号经过一个法布里-珀罗(F-P)滤波器,稳定地滤出了功率较高的纵模。法布里-珀罗滤波器的自由光谱区(FSR)为40.24 GHz,透射峰3 dB带宽为40 MHz。实验结果证明纵模被稳定在法布里-珀罗滤波器的透射峰范围内,纵模波长的波动小于40 MHz。     

低重复频率脉冲掺镱光纤放大器

为了研究低重复频率两级脉冲掺Yb3+光纤放大器,采用脉冲信号驱动的半导体激光器作为种子光源,产生重频100Hz、半峰全宽100ns、能量30nJ的矩形光脉冲。第1级放大采用单模掺Yb3+光纤放大器,双程放大方案有效地抑制了放大自发辐射,放大后的脉冲能量达到了8.2μJ。第2级放大采用纤芯直径15μm的双包层掺Yb3+光纤放大器,大功率多模半导体激光器连续抽运。结果在抽运功率为7.3W时,放大输出脉冲能量达到了242μJ,放大输出半峰全宽压缩为29ns。输出的光束质量较好,为准单模输出。结果表明,该光纤放大器输出脉冲能量高,具有全光纤化、结构简单的特点。