美国科学家研制出波长2μm超短脉冲光纤激光器

《Optics Letters》最近发表了美国科学家Q．Wang等人的文章,报道了波长2μm的超短脉冲光纤激光器。 近十几年来．波长范围1～15μm的超短脉冲激光器被广泛地进行研究。由于掺铥类晶体近年的迅速发展,超短脉冲激光器的波长范围被延伸至1．8—2．1μm。其中尤以2μm的超短脉冲光纤激光器引人注目。2μm波长激光器特别适用于对眼睛无害的雷达、医学、光谱分析、遥感探测等领域。在之前报道的掺铥类光纤锁模激光器中,     

光纤饱和吸收体掺镱全光纤化激光器

报道了一种基于光纤饱和吸收体的掺镱全光纤调Q激光器,为了获得较高峰值功率较窄脉宽的激光脉冲输出,利用掺镱光纤的可饱和吸收效应,以20/130 μm规格的大模场双包层掺镱光纤作为增益光纤,以10/130 μm规格的单模双包层掺镱光纤作为可饱和吸收体来实现被动调Q。该激光器采用全光纤化的结构,结构紧凑,以较低的成本获得了较为高效的脉冲输出。最终获得了平均功率最高为3 W,直线效率约为30%,重复频率为10~100 kHz可调,脉宽最窄为344 ns,光谱宽度为0.05 nm、中心波长为1 064 nm的激光输出。     

高功率全光纤中红外超连续谱激光源

报道了一个高功率全光纤结构的中红外超连续谱激光源,该光源由1.55μm纳秒脉冲掺铒光纤激光器、包层抽运掺铥光纤放大器以及单模ZBLAN光纤组成。首先利用单模光纤将1.55μm纳秒脉冲激光频移至2.0μm波段,然后利用掺铥光纤放大器对其进行功率放大,最后利用ZBLAN光纤使掺铥光纤放大器输出的光谱进一步向中红外长波长方向扩展。当掺铥光纤放大器输出功率为3.95W时,ZBLAN光纤产生了2.2W的中红外超连续谱激光输出,相应的光谱范围为1.9~3.75μm,10dB光谱带宽大于1600nm。此外,通过增加掺铥光纤放大器的平均输出功率,中红外超连续谱的输出功率得到了进一步提高,当耦合进单模ZBLAN光纤的平均功率为21W时,中红外超连续谱的平均输出功率达到了16.2W,相应的光谱范围为1.9~3.5μm。     

全光纤结构被动锁模2μm掺铥光纤激光器

由于水分子在2μm波段有很强的中红外吸收峰,而掺铥光纤激光器可以发射2μm波长附近的激光,因此掺铥光纤激光器可广泛应用于生物医疗、国防工业等领域。北京工业大学高功率光纤激光课题组成功实现了高脉冲能量全光纤结构被动锁模的     

纳秒脉冲掺镱全光纤激光器研究进展

掺镱全光纤纳秒脉冲激光器发展迅猛,已经为诸多领域开辟了新的道路,特别是高平均功率、大脉冲能量的纳秒脉冲光纤激光器在激光清洗等领域得到了广泛应用。多路光纤激光合束是实现高平均功率、大脉冲能量激光输出的主要手段,其结构复杂程度取决于单模块激光器的输出特性,提升单模块纳秒脉冲全光纤激光器输出特性对于激光清洗等领域具有重要意义。文中总结了单模块掺镱全光纤纳秒脉冲激光器的研究进展,分析了当前限制其功率和能量进一步提升的主要因素。首先,从主动调Q、被动调Q以及增益开关技术三个层面回顾了纳秒脉冲掺镱全光纤振荡器的研究进展;其次,从大脉冲能量、高平均功率、两者协同发展三个指标层面总结了纳秒脉冲掺镱全光纤放大器的研究现状;最后,从限制高指标掺镱全光纤激光器输出特性的因素出发,展望了其在未来功率和能量提升上的发展趋势。     

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。     

基于增益开关技术的全光纤结构纳秒脉冲掺铥光纤激光器

工作在2μm波段的脉冲掺铥光纤激光器,可望在遥感探测、相干雷达、空间光通信、激光医疗和特种材料加工等领域获得重要应用。目前,利用波长在1.55μm附近的脉冲掺铒光纤激光器作泵浦源的增益开关掺铥光纤激光器是实现全光纤结构纳秒脉冲掺铥光纤激光器的理想方式之一。采用实验研发的纳秒脉冲掺铒激光器作种子源,研制了全光纤MOPA(masteroscillator power amplifier)结构的纳秒脉冲掺铒光纤激光器,输出波长1 547 nm,脉冲频率100 kHz,脉冲宽度50 ns,平均功率1 W,单脉冲能量10μJ。使用该脉冲掺铒光纤激光器抽运掺铥光纤,实现了波长1 963 nm的增益开关脉冲激光输出。该掺铥光纤激光器为全光纤结构,重复频率100 kHz,最小脉宽47 ns,最大单脉冲能量100 nJ。激光输出稳定可靠,更高的单脉冲能量,平均功率和峰值功率可由进一步级联光纤放大器实现。     

受激光布里渊散射结合脉冲泵浦的可调谐调Q光纤激光器

介绍了一种受激布里渊散射(SBS)结合脉冲泵浦的全光纤调Q激光器,获得重复频率可调谐的亚10 ns高功率脉冲.利用瑞利散射(RS)和SBS共同作用自调Q机制,采用光纤干涉环结构与强泵浦抽运,可获得稳定的亚10 ns高功率调Q光脉冲.以脉冲泵浦控制调Q光脉冲产生的重复频率,实现调Q光脉冲输出重复频率的可调谐.实验结果表明:使用3 m高增益掺Er3+光纤,在两只975 nm半导体激光器强泵浦抽运下,可获得脉宽6 ns、峰值功率大于340 W、重复频率0～5 kHz的调Q光脉冲输出.该调Q光纤激光器具有全光纤结构、输出脉冲窄、峰值功率高、重复频率可调谐的特点,可用于分布式光纤传感系统与种子光源.     

调Q锁模类噪声方波脉冲掺铒光纤激光器

对基于非线性偏振旋转技术的L波段掺铒被动锁模光纤激光器中产生调Q锁模类噪声方波脉冲进行了实验研究。该类型脉冲中调Q包络内部包含的脉冲是基频方波,通过自相关迹证实该方波为类噪声脉冲。为了容易实现类噪声方波脉冲输出,将一段250 m普通单模光纤引进激光腔内。适当调节腔内的偏振控制器和泵浦功率,获得了基频为778.21 kHz的连续波锁模类噪声方波脉冲和由3.81 kHz可调谐到9.01 kHz的重复频率,单个调Q包络最高能量为1.06 J的调Q锁模类噪声方波脉冲。研究结果有利于进一步理解被动锁模光纤激光器中类噪声脉冲和调Q锁模的机理和特性。     

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%。     

基于MOPA结构的高功率线偏振脉冲Yb光纤激光器

介绍了基于Nd3+:GdVO_4声光调Q激光器种子源和大直径Yb双包层保偏光纤作为放大介质的高功率线偏振脉冲光纤激光器.一个工作波长为808 nm的半导体激光器端面泵浦的、声光调Q的Nd3+:GdVO_4激光器输出重频在20～50 kHz、平均功率约3 w的高光束质量的1063 nm波长的激光,经过光学耦合系统和光学隔离器进入大直径Yb双包层保偏光纤作为光纤放大器的种子源,在波长为975 nm的半导体激光器泵浦下,光纤放大器获得了近衍射极限的、平均功率超过20 w、偏振抑制比超过14 dB的高功率线偏振脉冲激光输出.     

掺镱包层光纤激光器的全光纤调Q技术

从理论和实验两方面对掺镱包层全光纤调Q激光器进行了研究.建立了相应的理论模型,根据调Q光纤激光器的速率方程理论,用基于"能量利用率与初始反转粒子数关系"求解剩余反转粒子数的新方法,得出了调Q光纤激光器的初始参数诸如抽运功率、纤芯直径、光纤长度、输出透过率等影响脉冲宽度和脉冲能量的规律,进一步明确了压缩脉冲宽度和提高脉冲能量的方法;优化了相关参数,为同类调Q光纤激光器的设计提供参考.实验用半导体激光器(LD)作为抽运源,增益光纤为D形双包层掺镱光纤.谐振腔高反端串接一个带尾纤的声光Q开关,实现了重复频率在10 Hz~100 kHz范围内可调声光调Q掺镱全光纤激光器的实验运转;在重复频率500 Hz时,脉冲宽度为3μs,脉冲能量达到2.94 mJ.     

双波长1.0 μm调Q和1.5 μm增益开关脉冲光纤激光器

采用铒镱共掺光纤,实现了一种双波长1.0μm调Q和1.5μm增益开关脉冲光纤激光器。实验装置是一个双环腔结构,两环的公共端共用一段铒镱共掺光纤。1.0μm调Q脉冲通过未抽运铒镱共掺光纤的可饱和吸收效应产生。而铒镱共掺光纤对1.0μm调Q脉冲的再吸收会周期性调制铒离子的反转粒子数,从而产生重复频率相等的1.5μm增益开关脉冲。随着抽运功率的增加,这两种脉冲的重复频率从5.4kHz增加到11.7kHz。1.5μm脉冲相对1.0μm脉冲有一定的延迟,并且延迟时间随着抽运功率的增大而不断减小。在最大抽运功率处,1.0μm脉冲宽度、单脉冲能量和最大平均输出功率分别是5.3μs、402.6nJ和4.7mW,而对于1.5μm脉冲,分别是4.6μs、374.4nJ和4.4mW。     

高平均功率连续锁模中红外光纤激光器

正中红外3μm波段被动锁模超短脉冲光纤激光光源在军事和民用方面都有潜在应用,如激光医疗、激光光谱学、材料处理及产生中红外超连续谱的抽运源等。基于掺钬或钬谱共掺、掺铒或铒镨共掺的ZBLAN光纤的中红外被动锁模光纤激光器成为国内外研究热点。已有报道中中红外被动锁模光纤激光器连续锁模时最高输出平均功率为1.05 W。本课题组利用半导体可饱和吸收镜(SESAM)作为锁模元件,在对光纤端面进行有效防护和进一步优化     

掺Tm3+光纤激光器的进展

总结分析了近期连续波输出、脉冲输出和上转换连续波输出的掺，Tm^3 光纤激光器现状。指出采用Tm^3 分别与Yb^3 、Ho^3 和Al^3 共掺的光纤，可使掺Tm^3 光纤激光器扩展抽运源波长、压缩调Q脉宽和提高斜率效率。     

被动锁模掺Er3+氟化物光纤激光器理论研究

根据非线性薛定谔方程建立了基于可饱和吸收体被动锁模掺Er3+氟化物光纤激光器的理论模型,研究了中红外超短脉冲在掺Er3+氟化物光纤激光器中形成的物理机制,数值模拟了被动锁模掺Er3+氟化物光纤激光器中中红外超短脉冲的演化过程,重点分析了掺Er3+增益光纤长度,可饱和吸收体不饱和损耗对被动锁模掺Er3+氟化物光纤激光器产生中红外超短脉冲的影响,并给出了参数设置范围。研究发现:当小信号增益系数、可饱和吸收体不饱和损耗、腔内净色散量为一定值,掺Er3+氟化物光纤长度在一定范围时,才会出现稳定的锁模脉冲,且随着掺Er3+氟化物光纤长度增加脉冲宽度变窄、光谱变宽、峰值功率增高;当掺Er3+氟化物光纤长度、腔内净色散量、小信号增益系数为一定值时,可饱和吸收体不饱和损耗在一定的范围时可以得到稳定的锁模脉冲,且随着可饱和吸收体不饱和损耗的增加脉冲宽度变窄,光谱先变宽后变窄变化范围不大,峰值功率增加。     

钕激光器被动调Q技术的发展

被动调Q激光器运转简便、结构简单,在许多方面得到了广泛的应用。本文介绍了被动调Q钕激光器的发展,主要包括被动调Q材料和激光器技术的发展。实验表明,C_r~(4 ):YAG为代表的掺四价铬离子晶体作为被动调Q元件,可以实现1.0μm波段高重复频率、高峰值功率的脉冲运转,为低成本、中小功率的脉冲激光器指出了具有实际意义的发展道路。     

掺Yb3 光纤环形腔锁模激光器的实验研究

报道了以掺Yb^3＋光纤作为增益介质的环形腔光纤激光器产生超短脉冲的实验研究。在掺Yb^3＋光纤环形腔激光器中，通过调节偏振控制器（PC）的状态和减少腔内损耗，利用非线性偏振旋转效应实现被动锁模，通过改变泵浦功率分别获得了调Q锁模和锁模2种稳定运转状态。其中，调Q锁模的中心波长为1051nm，激光光谱宽度为11．5nm；锁模输出的中心波长为1051nm，激光光谱宽度为13．8nm，重复频率为19MHz。给出了实验结果并作了简要的分析。     

LD泵浦铒镱共掺磷酸盐玻璃被动调Q微型激光器实验研究

1.5 m LD泵浦铒玻璃被动调Q微型激光器是目前军事激光测距的研究热门,获得较高的激光单脉冲能量尤为重要。对以波长为940 nm的二极管激光器作为泵浦源,Er3+/Yb3+共掺磷酸盐玻璃作为增益介质,Co2+:MgAl2O4作为调Q晶体的微型化激光器进行了实验研究。为获得LD抽运铒镱共掺磷酸盐玻璃被动调Q微型激光器的最佳能量输出条件,分析了影响LD泵浦被动调Q激光器输出单脉冲能量的因素,并对影响被动调Q微型激光器输出能量的泵浦条件,增益介质长度,输出镜反射率等参数进行了多组实验优化,最终获得了波长1.535 m,单脉冲能量113 J,脉宽6 ns,重复频率10 Hz,光束质量为1.2的稳定人眼安全激光输出。     

混合调Q包层抽运光纤激光器

介绍了一种混合式调Q双包层掺Yb3+光纤激光器.激光器由LD抽运源、光纤Bragg光栅(FBG)、双包层掺Yb3+光纤和一段普通单模通信光纤组成.抽运源为大功率多模半导体激光器(LD),带有直径400 μm的输出尾纤,输出中心波长为975.8 nm,可输出1 Hz～10 kHz的脉冲激光.LD通过光纤Bragg光栅抽运掺Yb3+双包层光纤(DCF).光纤Bragg光栅反射的中心波长为1086.92 nm,反射率98%,线宽0.2 nm.抽运光经过光纤光栅耦合到双包层光纤中.双包层掺Yb3+光纤为俄罗斯普物所的产品,其芯径7 μm,数值孔径0.5,内包层为矩形结构(125 μm×125 μm).普通单模通信光纤中的背向受激Brillouin散射以极短(1 ns)的弛豫振荡脉冲形式给激光谐振腔提供很强的反馈.它不仅起到腔反馈的作用,而且产生一个纳秒量级的窄脉冲. 实验中当不接入单模光纤(利用光纤端面4%菲涅耳反射作为反馈),只利用抽运源脉冲抽运调Q时,可获得峰值功率50 W,脉冲宽度为10 s的调Q脉冲序列.当接入单模光纤混合调Q后,可观察到大约2 ns的巨脉冲输出,此时脉冲不稳定.当单模光纤输出端反馈被抑制后,可以得到稳定的巨脉冲输出.脉冲宽度1.6 ns,重复率由抽运光信号频率决定,在1 kHz～10 kHz之间时可观察到稳定的巨脉冲输出,最大脉冲峰值功率为5 kW.(OB4)