基于偏置相移非线性环路反射镜的锁模振荡放大飞秒脉冲激光器

设计了一种基于偏置相移非线性环路反射镜的全保偏锁模光纤激光器。搭建了全保偏锁模振荡器系统,该系统通过二级掺镱光纤放大获得了平均功率为2.4 W、重复频率为20.3 MHz、脉冲宽度为142fs的脉冲序列输出。由于振荡器采用全保偏光纤结构,锁模具有良好的抗环境稳定性。     

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。     

全保偏非线性偏振环形镜锁模掺铒光纤激光器

研究了基于非线性偏振环形镜锁模的全保偏光纤激光器锁模机制。在非线性偏振环形镜中,用偏振分束器取代传统的非线性放大环形镜锁模激光器中的光纤耦合器,并辅以非互易性元件和增益光纤,作为全保偏光纤激光器中实现稳定锁模的核心器件。构建了一台基于非线性偏振环形镜的掺铒光纤锁模激光振荡器,实现了重复频率75 MHz,时域脉冲宽度141 fs,总输出功率约30 mW的稳定锁模脉冲序列输出。该激光器具有双向输出,且通过调节腔内波片可调节输出功率。此外,对激光器输出功率和重复频率的稳定性进行了评价,在自由运转情况下,1 h内输出脉冲序列的平均功率波动小于0.05%,重复频率的1 s相对稳定度为2.010-8。该结构的全保偏光纤激光器可开机自启动锁模,且环境稳定性高、重复频率较高、脉冲宽度窄,能满足激光测距、激光加工、激光光谱成像、航天等应用对超短脉冲光源的需求。     

功率4.1 W，脉宽48 fs，重复频率74 MHz的掺钛蓝宝石飞秒激光振荡器

基于克尔透镜锁模机制，实现了掺钛蓝宝石飞秒激光振荡器的高平均功率和短脉宽输出。使用功率为16 W、波长为532 nm的连续光进行泵浦，使用高折射率的棱镜对进行色散补偿，同时使用狭缝辅助锁模，实验获得了平均输出功率为4.1 W、脉冲宽度为48 fs、重复频率为74.15 MHz的飞秒脉冲。相比当前同类型激光器参数（20 W泵浦光下输出功率为4 W，脉宽为130 fs，重复频率为76 MHz的飞秒激光），功率提升了2.5%，光-光转换效率提高了28%，脉宽缩短了63%，峰值功率提升了2.8倍。     

930nm被动锁模掺钕全光纤激光器的研制

报道了一种紧凑型930nm被动锁模掺钕全光纤激光器,该激光器由掺钕全光纤振荡器和一级掺钕全光纤放大器构成。振荡器采用线型腔结构,增益介质为长度8cm的高掺杂掺钕石英光纤,抽运源为一个最大功率为200mW的808nm单模半导体激光器,利用半导体可饱和吸收镜实现被动锁模,获得超短脉冲激光输出。振荡器输出平均功率为1mW,重复频率为28.2MHz,脉冲宽度为8.8ps,3dB光谱宽度为0.37nm。为抑制掺钕光纤放大器中1060nm波段激光的竞争,采用长度为10m的W型掺钕光纤作为增益介质进行功率放大,很好地抑制了1060nm波段激光,最终实现了平均功率为117 mW,中心波长为930nm,单脉冲能量为4.15nJ,重复频率为28.2 MHz,脉冲宽度为8.8ps,10dB光谱宽度为2.98nm的脉冲激光输出。     

基于色散波的1μm飞秒光纤啁啾脉冲放大系统

飞秒激光在工业加工、激光传感、军事国防、科学研究等领域有着重要的应用前景。报道了一个工作在1μm波段的飞秒光纤啁啾脉冲放大(FCPA)系统。该系统主要包括一个1.5μm全光纤被动锁模光源、一个1μm波段非线性频率转换装置、两级掺镱光纤放大器及一个基于透射式衍射光栅对的脉冲压缩器。掺铒锁模光源中心波长为1.55μm、3dB光谱带宽为12.9nm、重复频率为17.5MHz,经功率放大后注入一段9.5cm高非线性光纤中产生1μm波段色散波,其中心波长为1070nm,3dB光谱带宽为33nm。将此色散波脉冲作为种子源通过声光调制器选频后得到重复频率为1.09 MHz的脉冲输出。随后功率放大至11.4 W,压缩后得到平均功率为7.7 W、10dB光谱宽度为21.4nm、脉冲宽度为270fs、峰值功率为26 MW的飞秒脉冲激光输出。     

高功率掺镱全固态飞秒激光器

开展了激光二极管泵浦的高功率掺镱全固态飞秒激光器的研究。利用Yb:LYSO晶体实现了高功率高效率的半导体可饱和吸收镜锁模飞秒振荡器,分别在1 035、1 042 nm实现了3 W的稳定锁模运转,相应的脉冲宽度分别为351、287 fs,斜效率分别为88.2%和89.7%;通过将增益介质与克尔介质分开,利用大功率多模LD直接泵浦Yb:CYA晶体实现了高功率的克尔透镜锁模飞秒振荡器,脉冲宽度70 fs,平均输出功率2.52 W,重复频率50 MHz,获得了50 nJ的单脉冲能量且峰值功率达到0.71 MW。表明上述掺镱晶体在高功率二极管泵浦全固态激光器领域中具有非常优异的性能。     

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。     

非线性偏振旋转锁模光纤激光器数值模型

利用二能级Giles模型来计算掺铒光纤增益,并通过琼斯矩阵描述偏振控制器,提出了一种基于非线性薛定谔方程的非线性偏振旋转锁模光纤激光器的数值模型。该模型具有物理意义更加清晰、便于分析泵浦功率对锁模影响的优点。采用1.0 m长的掺铒光纤、5.8 m长的单模光纤和85:15的输出耦合器,当泵浦功率为25 mW时数值计算得到均方根宽度为0.30 ps的超短脉冲。研究了泵浦功率对锁模脉冲波形和光谱的影响,并讨论了泵浦功率与掺铒光纤中增益分布的关系。通过实验得到了锁模脉冲,其光谱形状与仿真得到的结果相似。测量了不同泵浦功率下脉冲的平均功率,变化趋势也与理论值吻合。     

改进的非线性放大环形镜锁模激光器研究

报道了一种改进的非线性放大环形镜锁模激光器,即在传统的8字腔和σ腔中,通过加入非互易性元件的方式,有效缩短了光纤长度,降低了非线性积累量,从而提升锁模激光器的重复频率,并且可以改善激光器的自启动特性。传统的"8"字腔保偏光纤激光器必须借助半导体可饱和吸收镜、碳纳米管等真实可饱和吸收体才能锁模运转。本文只利用非互易性元件,在改进的"8"字腔全保偏(PM)掺铒光纤激光器中,实现了重复频率为22 MHz,平均功率为23.6 m W的孤子锁模单脉冲激光输出,直接输出脉宽为308 fs。传统的"8"字腔光纤激光器的重复频率限制在10 MHz水平。通过加入非互易性元件,本文在改进的"σ"腔非保偏掺铒光纤激光器中,在呼吸孤子锁模域获得了重复频率为80 MHz,平均功率为36 m W的单脉冲激光输出;在正色散域获得了重复频率为53.6 MHz,平均功率为14 m W的单脉冲激光输出。     

基于氧化石墨烯与半导体可饱和吸收镜的锁模飞秒掺铒光纤激光器

分别将氧化石墨烯可饱和吸收镜(GOSAM)与半导体可饱和吸收镜(SESAM)作为可饱和吸收体,在同一掺铒光纤激光器中均实现了全光纤结构、稳定的锁模飞秒脉冲输出。实验用抽运源为中心波长974 nm的半导体激光器,抽运1.4 m长的吸收率为7 d B/m的掺铒光纤,谐振腔总腔长约为12 m。以GOSAM作为可饱和吸收体,当抽运功率为29 m W时,激光器产生稳定的锁模脉冲输出,脉冲宽度最窄为703 fs,光谱中心波长为1557.67 nm,3 d B带宽为3.91 nm。使用调制深度为18%的SESAM作为可饱和吸收体,当抽运功率为32 m W时也可得到锁模脉冲,脉冲宽度为542 fs,光谱中心波长为1561.5 nm,3 d B带宽为5.41 nm。实验表明,新型激光锁模器件氧化石墨烯的可饱和吸收效应可与SESAM媲美,且兼具价格低廉、制备简单的优势,在实现超短脉冲运转方面具有广阔的实际应用前景。     

高能量飞秒脉冲掺Er3 光纤激光器

为了从反常色散光纤构成的飞秒锁模掺Er^3＋光纤（EDF）激光器获得高能量锁模脉冲，提出了采用集总放大器和高损耗耦合输出器有机组合的办法来设计激光器腔体。实验结果表明，该方法能有效地减小降低腔内脉冲能量周期性波动，抑制频谱边带幅度，提高飞秒脉冲高能量及其频谱宽度。采用非线性偏振旋转机制进行锁模，成功获得谱线宽度为18．0nm、重复速率为14．0MHz、脉冲宽度约200fs、单脉冲能量超过1nJ稳定锁模光脉冲，并且激光器自启动锁模泵浦阈值小于20mW。     

用大模场光子晶体光纤获得高功率飞秒激光

最近许多实验结果表明掺Yb光纤在提高输出功率方面还有很大潜力,而且由于大模面积光子晶体光纤的使用,飞秒光纤激光器的输出已经可以与传统飞秒固体激光器相比拟。报道了利用掺Yb的保偏型大模面积光子晶体光纤进行锁模和放大方面取得的实验结果,光子晶体光纤振荡级输出重复频率为51 MHz,脉冲宽度为450 fs,平均功率为2 W的飞秒激光,对应单脉冲能量40 nJ;同时利用国产双包层大模面积光纤进行了放大实验,在平均功率为毫瓦量级的种子光脉冲输入情况下,获得了103增益。     

呼吸脉冲锁模的光子晶体光纤飞秒激光器

报道了一种掺Yb偏振型大模场面积光子晶体光纤(LMA-PCF)飞秒激光器。作为增益介质的光子晶体光纤的单模场面积比传统光纤高一个数量级,有效地降低了非线性系数,使激光器获得高能量输出。激光器基于线形腔结构,利用半导体可饱和吸收镜实现自启动锁模。光纤激光器利用光栅对进行腔内色散补偿,使其运转在呼吸脉冲锁模状态,即在谐振腔的零色散点附近实现锁模。当腔内净色散呈反常色散时,激光器获得了平均功率为400mW,重复频率为47MHz(对应于8.5nJ的单脉冲能量),脉冲宽度为500fs的稳定的锁模脉冲输出,经腔外色散补偿,脉冲压缩至98fs。当腔内净色散呈正常色散时,激光器输出的单脉冲能量为10.6nJ,脉冲宽度为1.76ps,经腔外色散补偿,脉冲压缩至160fs。     

石墨烯锁模的全保偏光纤激光器

报道了一种基于反射式石墨烯可饱和吸收镜锁模的全保偏掺铒光纤激光器。分别使用单层和十层石墨烯作为可饱和吸收器件,通过全保偏结构,避免了外界环境对腔内偏振态的影响,获得了高稳定性、高偏振度、易自启动的锁模脉冲输出,脉冲宽度分别为697 fs和502 fs。实验表明,十层石墨烯相比于单层石墨烯能够获得更窄的脉冲宽度,更高的峰值功率,具有好的锁模效果。研究同时发现,经十层石墨烯锁模,进一步提高泵浦功率,可在全保偏光纤腔中获得重复频率62.94 MHz的二阶谐波锁模脉冲输出。并通过非线性薛定谔方程对谐波锁模产生的机理进行了分析。这种基于反射式可饱和吸收镜的全保偏锁模光纤激光器有望成为实现基频锁模与谐波锁模可切换的单偏振激光源。     

高功率高重复频率飞秒掺镱光纤激光频率梳的研究(特邀)

飞秒光学频率梳在精密计量学和光谱学中扮演着革命性的推动角色,成为近二十年超短脉冲激光技术及应用研究领域最活跃的前沿方向之一。文中基于250 MHz重复频率（frep）的掺镱（Yb）光纤激光器,研究了不同腔内色散以及锁模机制对飞秒脉冲序列载波包络相位偏移频率（fCEO）噪声的影响。通过对飞秒光梳细节的优化,得到了49 dB信噪比的fCEO拍频信号并获得了秒稳3.210-10的锁定结果,同时frep的锁定结果也达到了到了秒稳3.410-13的精度。此外文中还研究了不同啁啾状态的种子光飞秒脉冲对基于大模场面积双包层Yb光子晶体光纤放大器输出光脉冲宽度的影响。以携带-3.8104 fs2预啁啾量的光脉冲作为种子光,在60 W 976 nm半导体激光泵浦下,获得了250 MHz重复频率、23 W平均功率和66 fs压缩后脉冲宽度的激光输出。     

高次谐波锁模飞秒掺镱光纤激光器的噪声情况

高重复频率的飞秒激光在高速激光测距和三维成像等领域有着非常重要的作用。其中基于飞秒光纤激光器的高次谐波锁模是获得GHz量级以上高重复频率脉冲的重要手段之一。基于含腔内光栅对色散补偿的非线性偏振旋转（NPR）锁模的掺镱（Yb）光纤激光器,在180 mW泵浦光时获得了稳定的143 MHz基频锁模脉冲序列,当泵浦光功率升至1 W时获得了最高20次谐波（2.86 GHz）锁模脉冲序列输出。系统地对比研究了基频锁模与高次谐锁模状态下,脉冲重复频率精密锁定后的艾伦偏差和相位噪声,7次谐波锁模状态下重复频率锁定精度能够保持在10?13 Hz@1 s的稳定度,为高次谐波锁模飞秒激光脉冲序列用于精密测量提供了实验依据。     

百微焦飞秒光纤啁啾脉冲放大激光系统

报道了一套基于棒状光子晶体光纤放大器的高脉冲质量飞秒啁啾脉冲放大激光系统。该系统主要由锁模光纤振荡器、脉冲展宽器、脉冲选单单元、脉冲延时单元、掺镱光纤预放大器、棒状光子晶体光纤主放大器以及光栅压缩器组成。通过精细调节展宽器和压缩器中的光栅位置及入射角度优化系统的色散,当输出脉冲的重复频率为500 kHz时,获得了平均功率为51.5 W、单脉冲能量为103μJ、脉冲宽度为251.7 fs的高脉冲质量高稳定性的飞秒激光输出。在1 MHz的重复频率下,获得了平均功率为61.5 W、脉冲宽度为273 fs的高脉冲质量飞秒激光输出;使用偏硼酸钡(BBO)晶体进行非线性频率变换,获得了平均功率超过20 W的517 nm绿光激光输出。     

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。     

全光子晶体光纤单级直接放大产生34W高功率飞秒脉冲

构建了全保偏双包层掺镱大模场面积光子晶体光纤(LMA-PCF)的单级飞秒激光直接放大系统。光子晶体光纤(PCF)振荡级采用孤子型锁模运转,放大级采用非线性放大技术。该系统获得的高功率飞秒脉冲输出平均功率为34W,脉冲宽度约为50fs,重复频率为42MHz,对应脉冲能量为0.8μJ,峰值功率为16.2MW。