飞秒掺钛蓝宝石激光脉冲的产生与放大实验研究

采用３ｍｍ长的钛宝石短棒和改进的非对称Ｚ型折叠腔结构进行自锁模实验，采用石英棱镜对作为腔内色散补偿元件，在氩离子激光器输出５Ｗ泵浦下，实现低阈值泵浦自锁模运转。在腔内不加任何调制元件的情况下实现软光阑锁模，获得最短脉冲１５ｆｓ，光谱宽度８０ｎｍ，输出平均功率４００ｍＷ。同时以此钛宝石激光器作为振荡器采用１２ｍｍ长的钻宝石棒进行飞秒啁啾脉冲再生放大实验，获得重复率５ｋＨｚ，单脉冲能量１６６ｔｔＪ的结果，放大脉冲光谱宽度为２６ｎｍ。     

强预燃灯泵钛宝石激光器特性研究

本文对强预燃闪光灯泵浦的钛宝石激光器进行了研究。实验采用双直流预燃电路，研究强预燃对激光输出的影响。研究发现，强预燃能够提高激光效率。合适的预燃电流是１．６Ａ。在这个条件下，从ψ８×１６０ｍｍ钛宝石棒获得６００ｍＪ的激光输出，转换效率为０．１６％。钛宝石激光具有很宽的调谐范围，在腔内插入棱镜构成色散腔，获得了８０ｎｍ的调谐宽度。     

高功率固体激光系统小型化相关技术研究

从设计的角度研究了光泵系统的耦合效率；用国产ＬＤ实现了Ｎｄ：ＹＶＯ４激光器的高重复频率调Ｑ和单纵模预激光调Ｑ；发展了稳态锁模理论，并在国内首次报导了连续锁模ＤＰＬ的实验结果，锁模脉冲宽度为４３ｐｓ；对在较低泵浦功率下观察到的振幅调制现象提出新的物理解释。实现了钛宝石激光器的连续自锁模运转，锁模脉宽２４．６ｆｓ，并获得了ＦＷＨＭ为５３ｎｍ的稳定锁模光谱，观察到了由于热效应而造成的高阶孤子的时间演变。     

基于半导体可饱和吸收镜实现闪光灯抽运Nd∶YAG激光器的被动调Q与锁模

基于同一块半导体可饱和吸收镜(SESAM),实现了闪光灯抽运的Nd∶YAG激光器的被动调Q与锁模。实验结果表明:腔长较小时,激光器运转在调Q状态,调Q脉冲宽度为90 ns;随着腔长的增加,调Q脉冲中出现调制,而且调制深度随着腔长的增加而加深。当腔长为140 cm,全反射凹面镜曲率半径为300 cm时,激光器运转在稳定的被动锁模状态,输出的锁模脉冲序列能量为27 mJ、脉宽为35 ps。实验比较了SESAM器件在平凹稳定腔和平凸非稳腔激光器中实现被动锁模的差异,并给出理论解释。SESAM有望取代有机染料成为闪光灯抽运的Nd∶YAG激光器理想的被动锁模器件。     

基于半导体可饱和吸收镜实现闪光灯抽运Nd:YAG激光器的被动调Q与锁模

基于同一块半导体可饱和吸收镜(SESAM),实现了闪光灯抽运的Nd:YAG激光器的被动调Q与锁模.实验结果表明:腔长较小时,激光器运转在调Q状态,调Q脉冲宽度为90 ns;随着腔长的增加,调Q脉冲中出现调制,而且调制深度随着腔长的增加而加深.当腔长为140 cm,全反射凹面镜曲率半径为300cm时,激光器运转在稳定的被动锁模状态,输出的锁模脉冲序列能量为27 mJ、脉宽为35 ps.实验比较了SESAM器件在平凹稳定腔和平凸非稳腔激光器中实现被动锁模的差异,并给出理论解释.SESAM有望取代有机染料成为闪光灯抽运的Nd:YAG激光器理想的被动锁模器件.     

基于非线性偏振旋转锁模技术的光纤飞秒激光振荡器

基于非线性偏振旋转（nonlinear polarization rotation, NPR）锁模机制的光纤激光器因其结构紧凑、可靠性高而备受关注。基于这一锁模原理设计并搭建了掺镱光纤飞秒激光器。当双向泵浦功率为380 mW,在1 030 nm波段获得了基频重复率为22.8 MHz的锁模脉冲。脉冲宽度为224 fs,平均功率180 mW,单脉冲能量8 nJ,10 dB带宽约为40 nm,信噪比大于50 dB。该激光器采用环形腔结构产生稳定的锁模飞秒脉冲输出,可实现自启动锁模。泵浦功率增加到1.6 W可观察到最高三阶被动谐波锁模,三次谐波对应68.5 MHz重复频率。该激光器由于在线宽、脉宽、脉冲能量上的优势,在光谱测量、拉曼成像等领域具有应用意义。     

基于石墨烯可饱和吸收体的掺铒光纤环形腔脉冲激光器

利用新型材料石墨烯作为可饱和吸收体,设计了用于光纤通信和材料加工的环形腔结构脉冲光纤激光器,实验研究了石墨烯可饱和吸收产生脉冲输出的原理以及输出脉冲激光的特性.通过激光诱导沉积法将石墨烯材料转移到光纤端面并将其置于环形激光腔结构中;采用974 nm半导体激光器作为抽运源,掺铒光纤作为增益介质,调节偏振控制器的角度得到了稳定的锁模输出脉冲.获得的锁模脉冲中心波长为1 560.1 nm,重复频率为7.89 MHz,脉冲光谱3 dB带宽为0.27 nm,脉冲宽度为14.7 ps.实验显示,由于石墨烯具有良好的可饱和吸收性能,损伤阈值比较高,有望取代单壁碳纳米管成为一种新型的激光锁模材料.     

LD泵浦腔内倍频Nd:YAG/LBO蓝光473nm激光器的低噪声运转

激光二极管（LD）泵浦腔内倍频Nd:YAG/LBO蓝光473nm激光器在不加入腔内特殊元件的情况下,往往倍频输出功率具有很大的高频噪声,即所谓的“蓝光问题”！这大大限制了473nm蓝色激光的应用！为了降低该激光器件倍频输出功率的高频噪声,采用了通过提高腔内基频光循环强度和缩短激光晶体以减小准三能级激光系统再吸收损耗的方法来实现473nm激光器的低噪声运转！实验中利用两个2W激光二极管耦合作为泵浦源及1.0mm厚的Nd:YAG材料作为激光晶体,在利用10mm长LBO材料作为倍频晶体的情况下,获得了输出功率为195mW的具有低噪声特性的473nm蓝光激光运转！实验结果表明：倍频输出功率（峰－峰值）/平均值小于1%！激光输出在1h内没有发生激光跳变现象发生并且无需腔内其它元件的引入。     

三镜折叠腔绿光激光器热特性分析和实验研究

为了提高固体激光器的热稳定性和光斑质量,讨论了LD泵浦三镜折叠腔绿光激光器的热焦距与泵浦功率、激光晶体长度、泵浦光发散角以及泵浦光聚焦位置的关系.利用谐振腔内往返传输矩阵算法,计算了在不同热焦距下,腔内元件不同长度时,其上的基模半径,理论上很好地实现了输出光斑的像散补偿.在532nm绿光实验中,以Nd∶ YVO4为增益...     

基于XeF(C-A)放大器的混合(固态/气态)超高功率飞秒激光系统

提出了基于前端发生器和终端放大器,使用光泵浦XeF(C-A)激活介质的太瓦级混合激光器(THIA00)系统.前端发生器由长532 nm的连续激光泵浦的钛宝石飞秒脉冲振荡器,脉冲展宽机构,532 nm的脉冲激光泵浦的再生多通道放大器,衍射光栅压缩器和二次谐波发生器(KDP)组成.其光束输出参数为:脉冲持续时间50 fs,...     

163 MHz/786 fs高基础重复频率掺镱飞秒光纤激光振荡器

高重复频率光纤激光器因其光斑质量好、集成化程度高、光光转化率高等优势在光学频率梳、工业加工、超高速光学采样等领域有着举足轻重的作用。利用非线性偏振旋转（NPR）的锁模机理,设计并搭建了一款基础重复频率为163 MHz的“十字腔”型孤子锁模光纤飞秒激光器。该激光器锁模后在450 mW的泵浦功率下可以输出200 mW的最大功率,光谱半高宽为30 nm,输出脉宽为786 fs。通过进一步分析激光器泵浦功率与输出功率之间的关系,得到泵浦功率处于400～500 mW时,激光器处于最佳锁模状态,并且可以实现自启动锁模。所设计的激光器由于其更加紧密的光学频率梳齿、更好的成像质量和更快的成像速度,在精密光谱、天文探测等领域具有应用意义。     

可调谐锁模光纤激光器泵浦的超连续谱光源

为了实现平坦度更好、光谱覆盖可见光波段的超连续谱激光输出,研究了泵浦波长可调谐的全光纤结构超连续谱光纤激光器。设计搭建了一台非线性偏振旋转锁模脉冲光纤激光器,实现了9种中心波长的耗散孤子皮秒脉冲输出,波长调谐范围为1 041~1 076nm;以它作为种子源进行了两级功率放大,并泵浦10m长的光子晶体光纤,在泵浦激光功率为500mW时,得到9种输出光谱特性不同的超连续谱激光,得到当泵浦激光中心波长为1 050nm时,更利于实现光谱范围更宽、平坦度更好、可见光分量更多的超连续谱激光输出。为进一步拓宽超连续谱激光的光谱范围、提升光谱平坦度,将泵浦激光功率提升至1.45 W,最终实现了输出功率为600mW、短波边界为470nm、600~1 700nm内10dB光谱宽度为1 053nm的超连续谱激光输出。     

小型化单横模单纵模激光二极管泵浦Nd∶YAG激光器

在需要利用光的相干性的场合,如倍频、光参量振荡、全息以及光束的相干合成等对激光器输出的线宽有严格的要求,这时就需要对纵模进行选择。介绍一种小型化单横模单纵模激光二极管泵浦Nd∶YAG激光器,单脉冲能量3.6mJ,重复频率200Hz,脉冲宽度16ns,单横模、单纵模运转。该激光器采用谐振反射器和腔内倾斜标准具对纵模进行选择,试验结果与理论计算比较吻合。该激光器可用作窄脉宽高能激光器的种子源。     

激光二级管泵浦KTP腔内和频激光器及噪声特性的分析

给出了采用了激光二极管泵浦Nd:YVO₄晶体产生1064nm与1342nm双谱线振荡的实验研究,通过KTP晶体II类相位匹配腔内和频产生输出波长为593.5nm的橙黄色激光的实验.在不同泵浦功率下,测量和分析了该激光器的噪声特性.根据和频激光器输出的纵模结构测量结果与和频光耦合波方程,研究了和频激光器的噪声与参与和频的基频光纵模之间的关系.结果表明:对于激光二极管泵浦Nd:YVO₄激光晶体,KTPII类位相匹配腔内和频激光器,如参与和频的2个波长中有一个波长为单纵模工作,尽管和频光输出为多个纵模,该激光器的输出仍为低噪声状态.如参与和频的2个波长全为多纵模,和频光输出为高噪声状态.在腔内和频过程中,虽然没有倍频过程中的和频引起模式竞争,但参与和频2个基频光的不同模式间的交叉和频和同一波长的不同模式间的增益饱和,也产生了与绿光问题类似的输出噪声和不稳定状态,但噪声特性要好于同类的腔内倍频激光器.     

重复频率锁定的783 nm飞秒光纤激光器研制

设计并搭建了重复频率长时精确锁定的783 nm飞秒光纤激光器。该激光器基于全保偏非线性干涉环镜(NALM),实现掺铒光纤振荡器锁模脉冲输出,由与脉冲分离器级联的环境稳定掺铒光纤双级放大器进行功率放大,实现了平均功率1.30 W、脉冲宽度130 fs、重复频率77.1 MHz、1 560 nm脉冲输出;通过周期极化铌酸锂(PPLN)光学晶体倍频,获得了平均功率为0.52 W、脉冲宽度为140 fs、783 nm脉冲输出。通过重复频率监测及锁相环技术,进一步将掺铒光纤振荡器的重复频率溯源至参考铷原子钟,12 h内频率抖动峰-峰值为5 mHz、标准偏差为1.2 mHz。该激光器系统具有稳定性高、集成度高、体积小的特点。     

Er3+/Yb3+共掺双包层光纤的高功率L-band 光纤激光器的实验研究

采用端面泵浦的方式,用尾纤输出波长为976 nm的高亮度多模半导体激光器, 包层泵浦的铒镱共掺双包层大模面积光纤,非球面镜组耦合系统,进行了共掺双包层光纤的高功率L-band光纤激光器的研究,泵浦耦合效率达到了62%以上,并在F-P激光振荡腔中实现了高效的连续激光输出。在光纤长度为30 m、入纤功率为 13.41 W时,首次报道输出连续功率达到了4.3 W。激光器的斜率效率为44％, 激光输出中心波长1 603 nm。     

NALM锁模全保偏光纤掺铒光学频率梳

飞秒光学频率梳是当今激光技术领域的重要研究方向。实验基于非线性放大环形镜(NALM)锁模激光器实现了全保偏光纤结构的掺铒光学频率梳。在基于NALM锁模的光纤激光器内部加入非互惠相移器,降低了锁模阈值,实现了超短脉冲激光器的自启动。经过脉冲放大和压缩,脉冲的峰值功率可达61.3 kW。将此高功率超短脉冲注入55 cm的保偏高非线性光纤(PM-HNLF)中,激光器的输出光谱被拓展至一个倍频层(1 030～2 200 nm)。辅以f-2f自参考探测技术,成功探测到了信噪比高达40 dB、线宽为40 kHz的载波包络偏频信号(f_0)。此外,通过使用两套电路反馈系统,将f_0信号与激光器重复频率信号(f_r)的频率抖动量分别降低至521.71 mHz和240μHz,实现了相位稳定的掺铒光学频率梳。     

外腔调谐的全固态Cr∶LiSAF激光器

由于调谐元件置于主腔外时,插入损耗影响小,可以扩展调谐范围,本文采用外腔棱镜和光栅调谐结构研制了全固态Cr∶LiSAF激光器。分析了外腔调谐结构的基本原理,分别选用棱镜和光栅作为调谐元件,研制了棱镜外腔调谐Cr∶LiSAF激光器和光栅外腔调谐Cr∶LiSAF激光器。分析对比了棱镜和光栅调谐的输出功率、光谱、调谐范围等特性以及镜片镀膜对输出特性的影响。进行了调谐实验,结果显示:选用棱镜作为外腔调谐元件时,在325mW的吸收泵浦功率下实现了785~985nm的调谐,输出功率最高达21mW。选用光栅作为调谐元件时,亦可实现785~985nm的调谐,最大输出功率为20mW,光谱的半峰全宽(FWHM)为0.12nm。得到的结果表明外腔全固态Cr∶LiSAF激光器可以实现窄线宽、宽谱调谐输出。     

两路脉冲固体激光器的相干合成

提出了采用迈克尔逊干涉复合腔技术进行两路固体激光器相干合成的实验方案.该方案利用双光束干涉时的相干相长和相干相消特性,结合谐振腔自身的增益损耗原理来实现两激光器的被动式相干合成.理论分析了该技术的锁相机理,并在实验中实现了两路脉冲固体激光器的相位锁定,获得了单脉冲能量300 mJ的相干合成激光输出,合束效率约为80％....     

腔内倍频蓝光激光器的稳定性研究

对腔内倍频LD泵浦的Nd:YAG激光器的输出稳定性进行了分析,以二型匹配为例,尽管存在任意多个纵模,当腔内放置1/4波片,论证了当1/4波片的快轴与倍频晶体的E轴夹角为45°时,便可获得稳定的蓝激光输出。并用模简并和光子对易的观点分析了上述方法的物理过程。