光子晶体光纤中的反斯托克斯现象的研究

利用自制的光子晶体光纤(PCF),通过逐渐增加抽运脉冲的中心波长λ0,使其主要处于反常色散区,观测到了不同非线性效应作用下的频谱变化尤其是显著的反斯托克斯现象.通过调节耦合光束的入射方向,使光纤稳定输出为第一高阶模.在λ0达到并超过第一高阶模的零色散波长(820 nm)的过程中,抽运波工作在反常色散区,其向反斯托克斯波的能量转化逐渐增强.尤其当λ0超过860 nm之后,反斯托克斯波的强度可达到抽运波剩余强度的5倍,转换效率达到了80%.     

百瓦级全光纤双包层光子晶体光纤放大器

利用双包层掺镱光子晶体光纤(DC-PCF)作为增益光纤,设计制作了全光纤双包层光子晶体光纤放大器。实验制作了匹配DC-PCF的(6+1)×1端面抽运耦合器,6根抽运光纤采用包层直径、纤芯直径分别为105μm和125μm(数值孔径为0.22)的多模光纤,信号光纤采用普通单模光纤。利用套管法制作端面抽运耦合器,并将制作完成的耦合器与DC-PCF直接熔接,再对光子晶体光纤进行锥棒熔接,锥棒输出端面镀1000~1100nm的增透膜,以防止激光反馈对整个放大系统产生影响。对全光纤双包层光子晶体光纤放大器进行测试,使用976nm的抽运源提供能量,信号光使用波长为1064nm、功率为2 W的连续光。当抽运功率达到最大值151.83 W时,最大输出功率为108.1 W,斜率效率为72.7%。输出光斑为很好的基模光斑,体现了光子晶体光纤在具有大模场面积的同时仍能保持基模传输的优良特性。     

一种三角形微结构光纤四波混频的研究

设计了一种三角形微结构光纤,利用全矢量有限元法对其模式特性进行了研究,发现此类光纤具有C3v对称性,共支持4类模式,基模为简并模式。对归一化空气孔直径d/Λ=0.986不变,空气孔直径d从10μm增大至16μm时和d=14μm不变,d/Λ分别为0.946,0.966,0.986时,光纤基模的色散特性和基模相位失配特性进行了研究。发现抽运光不变时,光纤结构参数的改变对斯托克斯波位置影响较大,但是反斯托克斯波长位置基本保持不变。利用中心波长为850 nm的飞秒激光抽运自制的双包层微结构光纤的外包层,进行了四波混频的实验研究,分别在1859 nm和551 nm处得到了斯托克斯和反斯托克斯信号,其中反斯托克斯波位置与理论计算结果仅相差3 nm,强度与剩余抽运波强度比值达到73。     

基于LBO的高功率飞秒绿光抽运的光学参量振荡器

三硼酸锂(LBO)具有良好的非线性光学特性和极其稳定的物化性能,其色散量对晶体温度变化敏感,是可实现非临界相位匹配的优良的非线性光学晶体。报道了高功率绿光飞秒激光同步抽运以三硼酸锂(LBO)为非线性晶体的单共振光学参量振荡器(OPO)。抽运源为高平均功率大模场面积掺镱光子晶体光纤飞秒激光器放大级的输出飞秒光的锁模倍频激光,通过调节晶体温度,采用非临界相位匹配方式,获得了红光至近红外光可调谐的高功率飞秒激光,OPO的信号光调谐范围为670~880nm,相应闲频光在2320~1270nm范围内可调。在3.4W抽运功率下,中心波长为694nm的信号光输出获得最高平均功率为660mW,脉冲宽度为132fs,转换效率为19.4%。     

外腔抽运SrWO_4反斯托克斯拉曼激光器

报道了外腔抽运的969nm SrWO4反斯托克斯拉曼激光器的特性。利用主动调Q Nd:YAG激光器产生的1064nm激光作为抽运源,SrWO4拉曼谐振腔的光轴与抽运光的传播方向偏离一个角度,实现了抽运光、一阶斯托克斯光和一阶反斯托克斯光之间的非共线相位匹配,得到了一阶反斯托克斯光和一至三阶斯托克斯光的输出,测量了输出激光的脉冲能量、时间和光谱特性。当抽运光能量为120mJ时获得的969nm反斯托克斯光的最大输出能量为0.74mJ,脉冲宽度为3.9ns。同时,获得的斯托克斯光的总能量为23.9mJ,其中1323nm二阶斯托克斯光的输出能量为19.6mJ。由抽运光向斯托克斯光和反斯托克斯光转换的总效率为20.5%。     

调谐范围40nm的多波长布里渊/铒光纤光源

设计了一种宽带可调谐多波长布里渊/铒光纤光源。利用光纤中的受激布里渊散射效应产生反方向传输的斯托克斯信号将光信号返回线型腔中,消除了腔内自激模的影响,使光源的调谐带宽仅由掺铒光纤放大器的带宽和布里渊抽运信号的调谐范围决定。布里渊抽运信号进入布里渊增益介质之前经过掺铒光纤放大器的两次放大,有效降低了布里渊增益的抽运阈值。该光源实现了1530～1570 nm之间40 nm可调谐范围的输出。在布里渊抽运信号功率2 mW,1480 nm抽运源抽运功率110 mW情况下,在1540～1566 nm范围内,获得了波长间隔0.084 nm的5个波长的输出。     

掺镱脉冲光纤激光器抽运的高功率PPMgLN光参变振荡器

报道了研制主振-放大（MOPA）结构的高功率保偏掺镱脉冲光纤激光器并用其抽运光参变振荡器（OPO）的研究工作。掺镱脉冲光纤激光器以声光调Q的Nd∶YVO4激光器作为种子源, Liekki的大直径双包层保偏光纤作为放大介质, 得到接近基模的1064 nm波长激光输出, 最大线偏振输出功率17 W, 偏振消光比优于10 dB, 重复频率50 kHz, 脉冲宽度60 ns。利用该光纤激光作为抽运光, 抽运基于周期性畴极化反转掺镁铌酸锂（PPMgLN）晶体的宽带可调谐OPO, 实现了高效参量转换。在信号光1518 nm通道, 以16.2 W功率抽运, 获得最大参变输出功率9 W, 其中3.5 μm波长功率为2.4 W。OPO的能量转换效率为58%, 斜效率为68％。在信号光1491 nm通道, 以14 W功率抽运, 获得最大参变输出6.6 W, 其中3.7 μm波长功率超过2 W。     

飞秒激光脉冲在双折射微结构光纤中频率变换的研究

报道了高非线性的双折射微结构光纤(MFs)与纳焦耳量级的飞秒激光脉冲相互作用下，在可见光波段通过相位匹配的四波混频效应获得了波长可调谐的反斯托克斯波的实验结果。由于该光纤的双折射性质，因此在不同偏振方向上具有不同的色散特性，所产生的反斯托克斯超短脉冲的中心波长受到输入脉冲的偏振态的影响。通过旋转输人端的半波片，在相互垂直的两种偏振态的飞秒激光脉冲的作用下，所产生的反斯托克斯波脉冲的中心波长分别为490nm和510nm，在微结构光纤的输出端能分别观察到明亮的蓝光和绿光的基模输出。实验研究了在不同功率飞秒脉冲激光的作用下，在不同长度的双折射微结构光纤中反斯托克斯波的产生情况，并对一系列现象进行了对比分析。     

基于氢气填充空芯光子晶体光纤的全光纤型气体拉曼光源特性

理论和实验研究了调Q光纤激光脉冲抽运基于氢气填充空芯光子晶体光纤气体腔的全光纤型气体拉曼光源的特性。抽运光脉冲波长为1064.7nm时,产生的Stokes频移光波长为1135.7nm。理论和实验结果均表明,产生的Stokes频移光脉冲宽度远小于抽运光脉冲,并且,Stokes频移光脉冲宽度随抽运光脉冲能量的提升而增加。此外,减小抽运光脉冲宽度,可以降低拉曼阈值抽运能量、提高Stokes频移光的转换效率。在重复频率为5kHz、脉冲宽度为125ns的调Q光纤激光脉冲抽运下,实验测得拉曼阈值抽运能量和拉曼阈值点处转换效率分别为2.13μJ和9.82%。     

光子晶体光纤参量放大的理论模拟

光子晶体光纤具有高非线性系数和非常灵活的色散特性，通过调节光子晶体光纤的结构参量，可在具有高非线性系数的同时对光子晶体光纤的零色散波长(λ0)进行调节。利用光子晶体光纤的这些特性可实现在所需波长上的高效率的参量放大。本文采用厄密-高斯函数展开的方法，计算了六角形光子晶体光纤(HF)的零色散波长，发现当气孔间距在1．1μm和2．6μm之间时，光子晶体光纤的零色散波长在1．55μm附近，并给出了零色散波长时气孔间距和气孔大小的关系曲线。对光子晶体光纤中的参量放大(OPA)进行了理论模拟，计算表明在20m光子晶体光纤中，当峰值功率为10W时，参量放大的增益可达60dB，或可获得300nm增益带宽。     

高非线性液芯光子晶体光纤中超连续谱的产生

提出了一种实现高非线性光子晶体光纤(PCF)的新方法,即在空芯光子晶体光纤(HC-PCF)的纤芯空气孔中填充高折射率、高非线性折射率的液态物质三氯甲烷、甲苯、二硫化碳等。利用全矢量有限元方法分析了这种液芯光子晶体光纤的模式分布及色散性质,分析得出其零色散波长可在800 nm左右调节,因此可使中心波长800 nm的钛宝石飞秒脉冲激光在这种光子晶体光纤的反常色散区传输,有利于超连续谱的产生。而且由于填充后光子晶体光纤具有较高的非线性系数,较小功率的脉冲激光就可在几毫米长的这种液芯光子晶体光纤中得到频谱范围大于1000 nm的超连续谱。     

四倍频Nd：YAG激光在高压氢气中的喇曼频移研究

利用Nd:YAG固体激光器四倍频输出(266nm)在高压H₂中的受激喇曼散射获得多波长的激光输出。当泵浦能量一定时,通过改变H₂压力得到了最佳的能量输出,299nm波长的激光能量为3mJ,341nm波长的激光能量输出为6.1mJ,398nm波长的激光能量输出为2.8mJ,239nm波长的激光能量输出为0.8mJ,同时在477nm,595nm,218nm,200nm波段也有能量输出。     

固体三倍频激光在高压H2中受激拉曼散射的实验研究

利用Nd∶YAG激光器的三倍频输出 (35 5nm)在H2 中的受激拉曼散射 (SRS)获得波长在 2 0 4～ 86 7nm范围内的激光输出。当抽运能量为 70mJ时观察到四阶Stokes光和五阶Anti Stokes光 ,其中第一阶Stokes光 (416nm)输出能量为 2 8 7mJ,第二阶Stokes光 (5 0 3nm)输出能量为 16mJ,一阶Anti Stokes光 (30 9nm)输出能量为 3mJ。研究了H2 压力和各阶Stokes光能量的关系 ,同时观察到环行光斑和脉宽压缩现象。     

基于光子晶体光纤和飞秒激光源的近红外波段宽带孤子和可见区高效色散波产生的实验

将钛宝石激光器产生的飞秒激光脉冲泵浦实验室自制的高非线性双折射光子晶体光纤,脉冲的中心波长为820 nm,位于光子晶体光纤的接近于零色散的反常色散区.实验结果表明:随着泵浦功率的增加,一阶孤子的中心波长发生了红移,同时产生的色散波的中心波长则发生蓝移进入可见光区.当泵浦功率达到0.45 W时,色散波与残余泵浦的输出功率比为42.67,色散波的带宽达到81 nm,而处于近红外波段的红移孤子带宽可达231 nm.利用高非线性光子晶体光纤产生近红外波段宽带孤子和可见区高效色敬波的实验对飞秒激光频率转换和光谱展宽具有很好的借鉴意义.     

1 015~1 046 nm可调谐飞秒掺镱光纤激光器

近年来,超快掺镱锁模光纤激光器由于其转换效率高、操作方便、免维护、尺寸紧凑等优点,被广泛应用于工业加工、医疗外科、多光子成像等领域。在激光器中补偿群速度色散是获得皮秒甚至飞秒脉冲的有效方法。通过利用光栅对与光谱滤波器,实现了对激光波长、腔内色散和光谱宽度的灵活调节。该激光器能输出稳定的锁模脉冲,对应的基本重复频率为19.41 MHz。在+ 0.0127 ps2色散时中心波长1015~1037 nm可调;在+0.007 ps2色散时中心波长1015~1045 nm可调以及在?0.0127 ps2色散时中心波长1020~1046 nm可调。同时,当净腔色散从反常色散到近零色散变化时,光谱带宽可从1.40 nm调到19.38 nm,对应的压缩后脉冲宽度可从1.03 ps调至175.9 fs。该方案具备连续调整激光器状态的能力,有望用于高功率大能量飞秒激光前端,可以满足对激光器有多种谱宽及波长的应用需求。     

低阈值高稳定性的全保偏锁模光纤激光器

报道了一种基于色散补偿的低阈值自启动的全保偏“9”字腔光纤激光器。在谐振腔结构中加入一段色散补偿光纤进行色散补偿,同时加入相移器提供非线性相移,产生超短脉冲输出。当泵浦功率达到80mW时,可实现自启动的孤子锁模,重复频率为2218 MHz,中心波长为1557nm,脉冲宽度为536 fs,信噪比为73dB。在该稳定锁模状态下的激光器输出平均功率为104mW,对应脉冲能量为0046nJ。该激光器结构简单,具有低阈值、自启动的优势,可作为种子源,广泛应用于太赫兹产生、生物医学成像、超快光谱学等领域。     

低频移拉曼模式多阶级联的1.7 μm激光器

基于固体介质的拉曼频率变换是产生新波段激光的有效技术方案。利用1572 nm KTP光参量振荡器腔内泵浦KGW晶体,实现了1616 nm （2阶）、1638 nm （3阶）、1662 nm （4阶）、1686 nm （5阶）、1711 nm （6阶）拉曼激光输出,其中1711 nm占据主导地位。激光器最大总平均输出功率为1.13 W,最小脉冲宽度为20 ns。该多阶级联拉曼变频对应的单阶平均拉曼频移为86 cm?1,与文献报道的KGW晶体低频拉曼模式相吻合。采用1572 nm KTP光参量振荡器作为拉曼激光器的腔内泵浦源有两个优势,一方面可以有效拓展拉曼变频的输出波长,另一方面可以基于光参量振荡器的脉冲窄化特性为后续多阶拉曼转换提供高强度的泵浦光。通过引入多阶级联拉曼变频的方案,为有效利用固体介质非常规低频移拉曼模式提供了新思路。     

掺Yb3+双包层光纤激光器的多波长输出

双包层光纤激光器不再要求抽运光是单模激光，而且基本上在沿光纤整个长度上抽运，从而大幅度地提高了激光转换效率。给出了一种由半导体激光器(LD)抽运的掺Yb^3 双包层光纤激光器，利用976nm的抽运光，对双包层光纤进行端抽运，光纤后端与双色镜构成Fabry—Perot干涉仪兼作反馈腔镜，得到波长为1085nm，1090nm，1095nm和1100nm的激光输出．每个波长激光的线宽为0．33nm，输出总激光功率为1．2W，信噪比超过20dB,斜率效率为52％。