高重复频率宽光谱皮秒脉冲全光纤掺镱激光器

实验研究了高重复频率、宽光谱皮秒脉冲掺镱光纤激光器。该激光器为全光纤结构,采用主控振荡器的功率放大器技术,利用光纤中的非线性效应进行光谱的展宽。利用半导体可饱和吸收镜实现振荡器的被动锁模,输出中心波长为1031.3nm,3dB光谱宽度为1.51nm,脉冲宽度为3.1ps,重复频率为21.3269 MHz。再利用声光调制器使振荡器的重复频率降低到2.1MHz,降频后的信号光通过三级掺镱光纤放大器,在30μm/250μm大模场双包层掺镱光纤中实现了功率主放大,最后得到平均功率为20 W、脉冲宽度为20.8ps、光谱宽度为640~1700nm、单脉冲能量为9.5μJ、对应峰值功率为0.46 MW的脉冲激光输出。     

瓦级输出全光纤结构2.0μm掺铥皮秒脉冲光纤激光器

研制了高功率全光纤结构2μm波段掺铥皮秒脉冲光纤激光器。该激光器采用了主振荡功率放大(MOPA)结构设计,种子源采用790nm的多模半导体激光器作为抽运源、双包层掺铥光纤作为激光增益介质、半导体可饱和吸收镜(SESAM)作为锁模器件,从而实现了重复频率为10.4MHz的皮秒激光脉冲输出,其最大平均输出功率为15mW。种子源经过一级掺铥光纤放大器后,获得了1.1W高平均功率输出,相应的单脉冲能量高达105nJ,激光脉冲宽度为9ps,峰值功率为11.6kW。此时测得激光脉冲的中心波长为1963nm,3dB光谱带宽为0.5nm。     

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SESAM的全光纤被动锁模光纤激光器

研究实现了一种主振荡功率放大（MOPA）结构的高功率全光纤皮秒级被动锁模掺镱（Yb3+）光纤激光器。种子源为基于半导体可饱和吸收镜（SESAM）的锁模光纤激光器,其为线性腔结构,输出功率为5.97 mW;预放大级采用单模掺镱光纤进行放大,之后经过4倍重复频率倍增系统和两级双包层掺镱光纤放大器,最终实现了平均功率74.3 W,中心波长1063.4 nm,脉冲宽度7.0 ps,重复频率68 MHz的锁模脉冲激光输出。实验中通过对种子光的处理和光纤长度的控制,未出现受激布里渊散射（SBS）、受激拉曼散射（SRS）等非线性效应。     

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。     

高功率超短脉冲掺铥光纤激光器的研究进展

掺铥光纤激光器可广泛应用于激光医疗、人眼安全雷达、非金属材料加工、光电对抗等众多领域,具有其他波段光纤激光器不可替代的重要作用。主要介绍了本课题组在高功率超短脉冲掺铥光纤激光器方面的研究进展,包括利用光纤布拉格光栅控制锁模掺铥光纤振荡器的脉冲宽度和光谱形状,实现了2μm波段高重复频率、高稳定性的皮秒脉冲激光输出。同时,采用该皮秒脉冲激光作为种子源,研制出了百瓦量级全光纤结构的皮秒掺铥光纤放大器,最后一级功率放大器的最大平均输出功率为120.4W,脉冲宽度为16ps。此外,设计并搭建了全光纤全保偏结构的皮秒掺铥光纤放大系统,实现了平均功率为240 W的线偏振皮秒脉冲激光输出,偏振消光比大于15dB,脉冲宽度为45ps。     

21 MHz～100 kHz重复频率亚皮秒NALM锁模光纤激光器

超短脉冲光纤激光器在工业、医学、科研等许多领域有着重要的应用。报道了基于全保偏非线性放大环形镜(NALM, nonlinear amplifying loop mirror)锁模的掺镱光纤激光器,通过调整腔内无源光纤的长度和位置,实现了21 MHz～100 kHz重复频率下的锁模。在21.16 MHz重复频率下实现了3 dB光谱带宽为9.1 nm、脉宽为5.3 ps的单脉冲锁模输出,经压缩后脉宽为352 fs。当重复频率为5.92 MHz时,获得了3 dB光谱带宽最宽为30 nm和压缩脉宽最窄为177 fs的锁模脉冲输出。受限于光纤长度,当最低重复频率为100 kHz时,从振荡器直接输出的锁模脉冲的单脉冲能量为104 nJ,脉宽为300 ps,经压缩后脉宽为1.053 ps。在所有重复频率下,锁模脉冲都具有宽光谱、可压缩至亚皮秒量级等特性,并且不是耗散孤子共振或者类噪声脉冲。其中,当重复频率为388 kHz时,脉宽为62.7 ps、单脉冲能量为20.8 nJ的NALM锁模种子源经过单级光纤放大器后,单脉冲能量可以直接放大到3μJ,最终脉宽可以被压缩至537 fs,整个激光器系统不含脉冲选择器件和额外的多级光纤放大级,结构十分紧凑。     

平均功率近2 W的被动锁模皮秒掺镱光纤激光器

报道了一个三级主振荡功率放大(MOPA)结构的瓦级皮秒光纤激光器.第一级利用半导体可饱和吸收镜(SESAM)和光纤光栅组成线性腔,构建了一个低功率的被动锁模掺Yb3+光纤激光器,其最大平均输出功率为9.2 mW,作为整个激光器的种子源;第二级采用单模掺镱光纤放大器对种子光进行预放大,得到108 mW平均输出功率;第三级采用带树状耦合器的双包层掺镱光纤放大器进行功率放大,获得了1.9 W平均输出功率.得到的脉冲脉宽36 ps,中心波长1064 nm,重复频率29.6 MHz,峰值功率1.8 kW,相应的单脉冲能量为61 nJ.实验中观察到种子源输出光谱中有一个凹陷,这是由于光纤光栅反射率过高并且带宽较窄引起的.     

激光二极管抽运掺Yb3+光纤放大器获得2.41W超短脉冲输出

对国产掺镱(Yb3 )双包层大模场面积光纤超短脉冲放大器进行了系统的实验研究。以自己搭建的脉冲宽度为2.3ps,重复频率为95MHz的全固态锁模激光器作为种子源,以976nm大功率光纤耦合激光二极管为抽运源,以1.6m国产掺Yb3 双包层大模场面积光纤为增益介质,在11.2W的入纤抽运功率下,将平均功率为100mW的脉冲种子光放大到平均功率2.41W,单脉冲能量达到了25nJ,放大后脉冲的宽度(时域宽度)和光谱都有所展宽。     

1.06 μm结构参数最优化非保偏锁模光纤激光器（英文）

采用半导体可饱和吸收镜的锁模光纤激光器是构建皮秒脉冲光纤放大器的热门候选种子光源之一。本文利用非线性薛定谔方程从理论上分析了单模传输光纤和单模增益光纤的模场半径、增益光纤的光纤长度、光纤布拉格光栅的反射率、半导体可饱和吸收镜的调制深度、非饱和损耗和饱和通量对输出脉冲特性的影响。对输出激光的脉冲和光谱特性也进行了理论研究。根据仿真结果,搭建了基于非保偏线型腔和SESAM的掺镱锁模光纤激光器系统。在没有任何腔内色散补偿和外部偏振控制的情况下,获得了中心波长为1.06μm、脉冲宽度小于12.51 ps、光谱宽度为0.32 nm、重复频率为37 MHz、输出功率为2 mW的稳定锁模脉冲激光输出。在我们的实验中,激光脉冲的光谱边缘平滑,光谱分布非常接近高斯线型。最后,通过系统的仿真,近红外锁模光纤激光器的整体结构得到了优化。本文介绍的锁模光纤激光器具有紧凑的非保偏光纤结构、精简的腔内配置和较少的元器件、高质量的输出脉冲相关特性,有望为下一代皮秒脉冲光纤激光器提供性能优异的实用化种子光源。     

基于半导体激光器调制技术的978nm纳秒脉冲掺镱光纤激光器

设计了一种基于半导体激光器调制技术的978nm纳秒脉冲掺镱全光纤激光器。该激光器采用主振荡功率放大结构,由调制半导体激光种子源和一级单模单包层掺镱光纤放大器组成。半导体激光种子源的光谱中心波长通过种子光自注入方式被定义为978.3nm,调制之后的激光脉冲宽度为4.5ns,重复频率在10~50 MHz范围内可调。当半导体激光种子源调制重复频率为50 MHz时,种子光被一级单包层掺镱光纤放大器放大至115mW,相应的激光中心波长为978.3nm,3dB光谱带宽为0.11nm,放大之后光谱中没有出现明显的放大自发辐射现象。     

3.4MW峰值功率皮秒光纤激光系统的光谱特性

提出了基于主振荡功率放大(MOPA)结构的皮秒光纤激光系统。该系统将重复频率为29.87 MHz的半导体可饱和吸收镜被动锁模光纤激光器作为种子源。采用预放系统并结合声光调制器将种子源的重复频率降至574kHz。MOPA结构基于棒状光子晶体光纤(PCF),利用PCF大模场、高增益的特点直接对脉冲宽度为30ps的脉冲进行放大,有效抑制了自相位调制效应引起的光谱展宽。研究结果表明,所提系统的5dB光谱线宽与光脉冲峰值功率成比例,该系统最终输出了近衍射极限、峰值功率为3.4 MW的皮秒脉冲(输出功率为20 W时,光束质量因子M2=1.01),最高平均输出功率为21.86 W,脉冲宽度为11.1ps,中心波长为1030.74nm,5dB光谱线宽为1.75nm。     

28 W 高功率超连续谱光纤激光光源

报道了一个全光纤结构的高功率超连续谱激光光源。利用自行搭建的环形腔掺镱脉冲光纤激光器作为种子源,采用三级MOPA功率放大,得到了平均功率为62W,中心波长为1 065 nm,3 dB谱宽15 nm,重复频率为118 MHz的皮秒锁模脉冲输出,将其耦合进零色散波长为1 040 nm的光子晶体(PCF),最终得到平均功率为28 W,谱宽覆盖范围为600~1 700 nm的超连续谱激光输出,超连续谱的光-光转换效率为45%。实验解决了高功率下大芯径掺杂光纤与PCF的耦合效率低的问题。     

全光纤结构波长可调谐被动锁模掺铥光纤激光器

波长为2μm的中红外掺铥光纤激光器可广泛应用于激光医疗、人眼安全雷达、非金属材料加工、光电对抗等领域,具有其他类型光纤激光器不可替代的重要作用。报道了一种全光纤结构波长可调谐被动锁模掺铥光纤激光器。该光纤激光器利用半导体可饱和吸收镜与高双折射率光纤环镜实现锁模皮秒脉冲与波长可调谐激光输出。高双折射率光纤环镜由2×2激光分束器和高双折射光纤组成,实验中通过改变光纤环镜中高双折射光纤的温度,得到了中心波长可调谐范围为1952～1967 nm,调谐宽度为15 nm,重复频率为29 MHz,最短脉冲宽度为6 ps的可调谐皮秒脉冲激光输出。     

1030nm皮秒级光参量啁啾脉冲放大抽运源

利用低温工作状态下Yb∶YAG再生放大器,对1030nm光纤锁模激光器输出的250pJ的种子光进行放大。电光开关门宽控制种子光在放大器内20程往返,最大单脉冲能量为217μJ,输出频率10Hz,同时由于其增益窄化效应光谱宽度由8.9nm减小到0.3nm,相应的脉宽由18.0ps被压缩到5.5ps,这与理论模拟结果的0.4nm,4.2ps基本吻合。实验结果论证了采用窄增益带宽的再生放大器可以同时实现亚皮秒光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)对抽运脉冲宽度和光谱宽度的要求,避免使用光纤光栅对光谱滤波带来的高阶非线性效应。     

基于锁模脉冲泵浦的全光纤化超连续谱光源

采用基于半导体可饱和吸收镜(SESAM)的被动锁模方案,通过三级主振荡功率放大(MOPA)结构,构建了平均输出功率39.2 W的全光纤皮秒脉冲光纤激光器。输出激光脉冲宽度10.7 ps,重复频率68 MHz。利用该皮秒光纤激光器泵浦一段4.5 m长的国产光子晶体光纤(PCF),实现了平均功率20.1 W的全光纤化结构超连续谱(SC)光纤激光输出。光谱宽度超出所用光谱仪600~1700 nm 的观测范围,在观测范围内具有10 dB 的光谱平坦度。     

全正色散非线性放大环形镜保偏掺镱光纤激光器

基于非线性放大环形镜,设计了一种全正色散掺镱光纤锁模激光器。在抽运功率为80 mW的情况下,该掺镱光纤锁模激光器可以实现平均功率为7.8 mW的稳定输出。输出激光脉冲的重复频率为9.9 MHz,中心波长为1064 nm,脉冲宽度约为18 ps,相应的光谱宽度为0.18 nm。该激光器具有结构简单、自启动、稳定性高的优点。     

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.     

基于种子光特性优化的光纤放大器理论分析

种子光特性直接影响放大脉冲的特性,为获得高质量放大脉冲输出,文章对基于SESAM被动锁模光纤放大器中种子光的特性进行优化模拟。理论分析了锁模光纤激光器的单模光纤长度、增益光纤长度、滤波器带宽以及输出耦合比的变化对种子光特性的影响,以及种子光携带的啁啾对放大脉冲的影响。综合色散和非线性效应等对种子光的影响,得到各项参数的最优值,并进行两级放大模拟,最终获得脉冲宽度为1353 ps、光谱宽度为115nm、平均功率为61W的高质量放大脉冲。     

耗散孤子脉冲的放大和超连续光谱的产生

研究了耗散孤子的放大和非线性展宽的动力学过程,成功研制了一种紧凑型高相干性的全光纤超连续光谱源。种子源为工作在全正色散域的耗散型全光纤锁模激光器,采用了非线性偏振旋转锁模技术,输出的耗散孤子脉冲宽度为5.18ps,重复频率为24MHz。种子光脉冲经过15m双包层掺镱光纤放大后,耦合到长度为10m的光子晶体光纤中,产生了超过一个倍频程的超连续光谱(550~1750nm),最大输出功率为700mW。系统研究了耗散孤子的放大过程以及光子晶体光纤反常色散区产生超连续谱的动力学过程和机理。