基于耗散孤子共振的纳秒脉冲掺镱全光纤激光器及其倍频

报道了一种新型纳秒脉冲532 nm绿光激光器,其基频光为耗散孤子共振(DSR)方波纳秒脉冲、由掺镱光纤激光器得到,该激光器采用了全光纤主振荡功率放大(MOPA)结构设计。利用非线性偏振旋转(NPR)锁模技术,掺镱光纤激光种子源产生了稳定的DSR方波纳秒脉冲激光输出,输出激光的脉冲宽度随抽运功率的改变在3~40 ns之间可调。利用该DSR方波纳秒脉冲激光作为种子源,经过一级非保偏结构掺镱光纤纤芯放大和两级全保偏结构掺镱光纤包层放大之后,得到了平均功率为6.95 W,峰值功率为4.4 k W的脉冲激光输出。利用长度为20 mm的非线性晶体LBO作为频率转换器,得到了平均功率为2.1 W的绿光激光输出,相应的光光转换效率为30.2%。     

双孤子被动锁模光纤激光器的实验研究

利用非线性偏振旋转(NPR)效应,对被动锁模掺Er光纤激光器同时输出双波带、双孤子的现象进行了实验研究和理论分析。结果发现,激光腔内存在高的线性双折射是得到双波带、双孤子输出的关键条件,提供宽的增益带宽和较大的增益有利于得到稳定的锁模输出。通过在腔内引入较大的线性双折射,在基于NPR锁模技术的被动锁模掺Er光纤激光器中得到了重复频率为7.49 MHz、中心波长分别在1 542 nm和1 557 nm附近的双波带、双孤子锁模脉冲的同时输出。     

1015～1080nm可调谐保偏光纤耗散孤子锁模激光器

实验研究了基于非线性放大环形镜锁模的全正色散可调谐锁模光纤激光器,激光器采用由主环路和非线性放大环形镜环路构成的"8"字腔全保偏结构。通过调节两环路的抽运功率,在1030nm处获得了脉宽为17.61ps,重复频率为4.133 MHz,平均功率为2.151mW的稳定锁模激光输出。通过调节可调谐滤波器,在控制激光器工作波长的同时滤波形成全正色散耗散孤子,实现了1015~1080nm可调谐稳定锁模激光输出,脉冲宽度变化范围为7.86~17.80ps。     

腔内滤波带宽对正色散束缚态孤子形成的影响

以被动锁模正色散掺镱(Yb)光纤激光器为研究对象,实验比较研究了激光腔内滤波带宽对产生正色散束缚态孤子的影响。采用高掺Yb光纤作为增益介质,半导体饱和吸收镜作为锁模部件,获得1064 nm全光纤线型腔锁模激光器。当腔内带通滤波器选用不同带宽(0.2,1.0,1.2,2.3 nm)时,观察到不同的皮秒锁模脉冲状态。在滤波带宽较小(0.2 nm)或较大(2.3 nm)时,仅产生稳定的单脉冲耗散孤子;相反地,在滤波带宽适中(1.0 nm或1.2 nm)时,分别观察到典型的相位差为π和-π/2束缚态耗散孤子,脉宽和脉冲间隔均分别为3 ps和14 ps。将束缚态耗散孤子激光通过主控振荡功率放大技术放大至1.4 W后,将其注入到光子晶体光纤中,获得了750～1600 nm超连续谱(10 dB谱宽),输出功率约为0.7 W,相比传统耗散孤子抽运具有更好的光谱平坦性。     

非线性掺镱光纤放大器产生宽光谱机理

系统地研究了在非线性掺镱光纤放大器中产生宽带光谱的特性,对不同种子脉冲激光的中心波长、放大器增益光纤长度对光谱输出特性的影响进行系统实验及分析。实验中采用非线性偏振旋转锁模技术获得非线性放大器的种子光,输出为耗散孤子脉冲。当种子脉冲激光中心波长为1041 nm、放大器的增益光纤长度为8 m时,获得了较好的平坦宽光谱,波长范围为1040～1600 nm时,其平坦度约为10 dB,其中1040～1250 nm波长范围的宽光谱平坦度小于1.5 dB。     

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。     

基于非线性偏振旋转锁模孤子光脉冲的产生及模拟

非线性偏振旋转(NPR)技术是被动锁模光纤激光器中实现超短脉冲的一种有效方式,因其结构紧凑,可靠性高而备受关注。本文利用基于NPR锁模的掺铒光纤激光器,在1557.7 nm波段,获得了脉冲宽度为1.35 ps,基频重复率为9.49 MHz的脉冲序列输出。利用耦合的金兹堡-朗道方程,数值模拟了激光器中锁模孤子光脉冲的产生,并对锁模建立过程中孤子时域和频域演化进行了分析,模拟分析和实验观察相吻合。该结果有助于加深人们对NPR锁模光纤激光器中孤子锁模动力学特性的理解。     

耗散孤子和束缚态脉冲可切换的超连续谱产生

当超短脉冲进入高非线性光纤时,在色散和非线性效应的共同作用下,脉冲频谱中会产生一些新的频率分量,使得输出频谱比输入频谱宽得多。这种光谱被称为超连续谱。超连续谱光源具有光谱范围宽、方向性好、亮度高、空间相干性好等优点。在锁模激光器中,传统孤子、耗散孤子和类噪声脉冲可以作为种子源产生超连续谱。文中,笔者建立了一个NPR被动锁模光纤激光器来产生脉冲激光。然后,添加一段DCF以补偿腔中的色散,从而产生耗散孤子。同时,通过调节腔内PC,可以实现束缚态和耗散孤子的状态切换。输出脉冲经10 m单模光纤压缩后注入部分拉锥后的高非线性光纤以产生超连续谱。实验中,我们得到了脉宽为5.6 ps、重复频率为32 MHz、信噪比为52 dB的耗散孤子锁模脉冲,压缩后的脉冲宽度为868 fs,用作超连续谱产生。超连续谱的覆盖范围约为1200~2200 nm,其20 dB谱宽为357 nm。通过调节偏振控制器,实现耗散孤子脉冲与束缚态脉冲之间的切换,束缚态脉冲持续时间为1.4 ps,脉冲间隔为14 ps,信噪比为51 dB,产生1600~1870 nm的超连续光谱,20 dB的光谱宽度为135 nm。     

波长可切换可调谐耗散孤子锁模掺镱光纤激光器

采用非线性偏振旋转(NPR)锁模技术,在全正色散掺镱光纤激光器中研究了波长可调谐可切换耗散孤子锁模现象。由于NPR所诱导的腔内梳状滤波效应,光纤激光器在中心波长1 042.8~1 050.2 nm以及1 040.9~1 048.1 nm处实现了波长可切换运作,可切换波长间隔分别为7.4 nm和7.2 nm,光谱宽度约为5.5 nm和2.7 nm。同时在1 042.77~1 045.33 nm之间观察到波长可调谐运作,调谐范围2.7 nm。另外在光纤激光器中还获得了稳定的双波长锁模和二阶谐波锁模。该实验的研究有利于加深人们对掺镱光纤激光器中锁模动力学行为的理解,并为多功能激光光源的设计提供了借鉴。     

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。     

基于多模干涉效应的全正色散被动锁模掺镱光纤激光器

报道了一种全光纤结构耗散孤子被动锁模光纤激光器。激光器中使用了一种基于多模干涉原理的光纤滤波器,它由两段单模光纤和一段多模光纤组成。通过合理的选取多模光纤的长度,制作了中心波长在1067nm处、3dB带宽为7.5nm的光谱滤波器并将其应用于全正色散被动锁模掺镱光纤激光器中。实验中使用半导体可饱和吸收镜(SESAM)作为锁模元件,在抽运功率为865mW时,获得重复频率为18.5MHz的稳定锁模啁啾脉冲串,脉冲宽度为21ps,平均输出功率为8mW,单脉冲能量为0.43nJ。输出脉冲光谱半峰全宽为4.32nm,光谱边缘有明显陡沿。     

调Q和调Q锁模脉冲共存双波长光纤激光器

为了使光纤激光器同时运转在不同的工作状态,搭建了非线性偏振旋转（NPR）技术和碳纳米管可饱和吸收体（CNT-SA）混合的掺铒光纤激光器。其中,基于NPR效应的腔内双折射引入的梳状滤波器可以实现双波长输出,NPR和CNT-SA的可饱和吸收效应共同作用可以获得调Q或调Q锁模脉冲,因此在该激光器中通过调节参数可以使光纤激光器同时获得双波长调Q和调Q锁模脉冲输出。该双波长脉冲经滤波处理后,观察到1531.23 nm处的波长对应调Q脉冲,其重复率为45.62 kHz,1557.18 nm处的波长对应调Q锁模,调Q包络重复率也为45.62 kHz,包络内锁模脉冲的重复率为18.18 MHz,与激光器腔长相符。该实验结果增强了光纤激光器工作的灵活性,有望进一步拓展其在相关领域的应用。     

全光纤结构主振荡功率放大型掺镱脉冲光纤激光器

报道了一台全光纤结构主振荡功率放大(MOPA)型掺镱脉冲光纤激光器.种子源是工作波长为1064 nm的声光调Q光纤激光器,可以获得重复频率在20～50 kHz间可调、平均输出功率约2 W的随机偏振脉冲种子激光.以大直径保偏(PM)光纤作为增益介质,在6个单管功率10 W,波长为915 nm的半导体激光器抽运下,种子激光经过一级放大最终获得平均输出功率23.5 W.脉冲宽度约为30 ns,偏振抑制比超过10 dB,光束质量因子M2为1.36的线偏振单模脉冲激光输出.讨论了大直径保偏光纤与种子激光输出光纤的模场不匹配性对输出激光的光束质量和光谱特性的影响.     

激光差频技术实现高平均功率3.8 μm纳秒中波红外激光输出实验研究

报道了利用脉冲激光差频技术获得波段在3.8μm纳秒中波红外激光输出的实验研究。分别研制了基于增益调制半导体激光器和"8字腔"锁模掺Yb光纤激光器的1094 nm纳秒脉冲激光种子,经光纤激光放大后获得平均功率为40 W的高光束质量线偏振泵浦光。研制了脉冲同步的1535 nm的信号光种子及输出平均功率为3 W的掺Er光纤激光放大器。将放大后的1535 nm线偏振信号光与1094 nm泵浦光共线入射到作为非线性晶体的周期性畴极化反转掺镁铌酸锂(PPMgLN)晶体中,利用激光差频技术实现了平均功率为5 W的3.8μm纳秒脉冲激光输出。     

百微焦级飞秒光纤激光放大系统

实验研究了基于掺Yb3+光纤的啁啾脉冲放大(CPA)系统。利用半导体可饱和吸收体锁模光纤激光器作为种子源,采用啁啾脉冲放大技术,将波长为1030 nm的脉冲展宽到数百皮秒进行放大。采用多级的掺镱单模光纤和双包层光纤组成预放大器,主放大器采用大模场的掺镱棒状光子晶体光纤作为激光工作物质,实现了重复频率为211 k Hz,功率为50 W的单模皮秒脉冲输出。通过合理地控制放大系统中每一级光纤放大器的增益以及非线性积累量,有效抑制了高能脉冲放大过程中非线性效应对脉冲时域特性的影响。采用反射式光栅对,对输出的放大脉冲进行压缩,最终获得了脉宽为887 fs的激光输出,单脉冲能量达到124μJ,对应峰值功率为139.8 MW,该实验结果为国内首次报道基于光纤结构的百微焦级飞秒激光系统。     

全正常色散锁模PbSe量子点光纤激光器的数值研究

为突破传统光纤激光器因增益介质为稀土掺杂光纤，辐射波长相对固定的困境，由于量子点尺寸依赖的辐射波长，本文提出全正常色散锁模PbSe量子点光纤激光器，通过数值计算得到了1.7μm稳定的耗散孤子锁模，并系统地数值研究了使用该激光器输出耗散孤子的启动动力学、谐振腔内激光的演化和激光器的稳态输出特性，探索了增益光纤的长度和浓度、谐振腔的长度对输出特性的影响。当泵浦功率为0.1 W时，最佳的增益光纤长度为0.3 m，掺杂浓度为12×10²¹ m^-3，此时的脉冲宽度为7.59 ps，光谱的宽度为13.77 nm，耗散孤子在单模光纤长度为2～7 m范围内保持稳定。当被动光纤长度为0.1 m时，激光器输出了22个峰、包络宽度为22.33 nm的多波长激光，光谱覆盖了1678～1724 nm，此时时域中观察到一对间隔为4 ps、单脉冲宽度为0.92 ps的孤子对。该研究结果对超快量子点光纤激光器的建立和优化提供了理论指导，为特殊波长超快光纤激光提供了新的选择。     

基于国产大模场面积双包层光纤的高重复频率纳秒脉冲光纤放大器

以单模1064 nm激光二极管(LD)光纤级联放大构成的全光纤化模块为种子光源,以国产大模场面积(LMA)双包层掺镱光纤为放大器,构成了高重复频率纳秒脉冲主振荡功率放大(MOPA)系统.实现了平均功率为59 W的脉冲放大激光输出,中心波长1064 nm,脉冲宽度22.7 ns(重复频率50 kHz时),重复频率50～150 kHz连续可调.实验研究了激光脉冲的时域和光谱特性,分析了光纤功率放大对激光脉冲波形的影响.     

8字形腔锁模掺Yb3+光纤激光器

报道了利用非线性光纤环形镜（NOLM）锁模运行的掺Yb^3＋光纤激光器的实验研究。获得了脉冲宽度234ps。中心波长1053nm的锁模脉冲激光输出。光谱带宽6nm。输出功率2.05mW，重复频率3.842MHz。该锁模光纤激光器的工作中心波长可在1030～1081nm范围内调谐，锁模过程可以完全自启动，几乎不受外界环境变化的影响。可长时间稳定锁模工作，完全可以作为微焦耳级单脉冲能量光纤激光放大系统前端种子源使用，而且有望成为其他科学研究工作的中心波长可调谐的宽带锁模光纤激光光源。     

长腔全正色散锁模掺镱光纤激光器

报道了一种长腔掺镱锁模光纤激光器。除用以实现自启动锁模的非线性偏振旋转(NPR)元件外,激光器为全单模光纤结构,且腔内无色散补偿元件,工作在全正色散域,仅仅通过引入窄带滤波器参与脉冲整形过程输出耗散孤子。实验中通过延长单模光纤长度实现了两个长腔条件,分别得到了6.66 MHz重复频率,12 nJ单脉冲能量和5.05 MHz重复频率,20 nJ单脉冲能量的稳定锁模脉冲,噪声抑制比均为75 dB。与以往的全正色散锁模光纤激光器相比,重复频率低,单脉冲能量高,稳定性好,适用于构建简化的光纤啁啾脉冲放大(CPA)系统。     

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。