飞秒激光产生7.45 W超连续光谱实验

分别分析了不同空气填充率光子晶体光纤与普通单模光纤熔接过程中损耗的来源和制约机制,实验研究了熔接参数对熔接效果的影响,包括熔接损耗随放电电流、放电时间和放电功率变化的情况。通过优化调整熔接参数,对高空气填充率和低空气填充率的两种光子晶体光纤都实现了低损耗熔接,熔接损耗为0.22 dB。并利用掺镱大模场面积光子晶体光纤飞秒激光放大器作为抽运源,在抽运功率为14.7 W时,实验得到了7.45 W的高功率超连续光谱输出,光谱覆盖范围650～1 750 nm。     

高非线性光子晶体光纤与单模光纤低损耗熔接实验

在理论分析基础上,采用常规电弧放电熔接技术,在1550 nm波段对高非线性光子晶体光纤(PCF)与单模光纤(SMF)的熔接损耗机制进行了实验研究,指出模场失配是造成两者直接熔接损耗的主要因素;而熔接过程中因放电电流过大或放电时间过长所导致的光子晶体光纤的包层气孔形变以致塌陷,会引起超过10 dB的附加损耗。采用过渡光纤有效地缓解了两种光纤模场的失配;通过优化放电参数,有效地避免了光子晶体光纤包层气孔的塌陷,实现了高非线性光子晶体光纤和单模光纤的低损耗(<1 dB)熔接。     

基于光子晶体光纤的超连续谱光源设计

为了运用光子晶体光纤高非线性效应技术获得超宽光谱,设计了一种基于光子晶体光纤的超连续谱光源,通过对光子晶体光纤进行塌孔处理后再熔接的方式,将高峰值功率的窄线宽脉冲光注入高非线性光子晶体光纤,利用光纤非线性效应实现了光谱展宽.实验结果表明,该超连续谱光源实现了光谱范围440～2400 nm,输出光功率为276 mW.     

高功率全光纤超连续谱激光技术进展

基于非线性光子晶体光纤(PCF)的超连续谱技术由于在频谱学、超短脉冲激光技术、频率计量及光学相干层析(OCT)等领域中的应用价值在国际上引起了广泛的研究兴趣。最近,中国科学院西安光学精密机械研究所基于高功率全光纤皮秒脉冲放大器系统和高非线性光子晶体光纤,实验上获得了平     

光子晶体光纤直接产生超连续贝塞尔光束

设计了一种用非线性光子晶体光纤直接输出超连续贝塞尔光束的方案。先用光纤熔接机在高非线性光子晶体光纤的输出端塌陷1 mm左右,然后将飞秒激光直接耦合到该非线性光子晶体光纤中,所产生的超连续光谱通过塌陷区域的模式耦合和相干叠加,直接输出了宽谱贝塞尔光束。该方案可以实现全光纤运转,不需要引入其他分立器件。从光纤中直接输出的超连续贝塞尔光束在米量级具有高度准直和无衍射特性。进一步实验验证了该光束在整个超连续光谱范围内具有贝塞尔光束的无衍射性和自恢复性。     

高相干度超连续谱的产生和脉冲压缩的研究

为了研究全波段正常色散光子晶体光纤中高相干度超连续谱的产生及其脉冲压缩,采用分步傅里叶法数值模拟了超短光脉冲在全波段正常色散光子晶体光纤中的非线性传输和超连续谱的产生;利用1阶相干因子分析了抽运波长和入射峰值功率对超连续谱相干特性的影响。结果表明,色散效应越弱,越有利于高相干度超连续谱的产生;在色散效应较小处抽运时,获得了带宽为587nm、平坦度小于7dB的高相干度的超连续谱;超连续谱的相干性越高,越有利于脉冲压缩,采用光栅对压缩器对高相干度超连续谱脉冲进行压缩,获得了8.4fs、压缩质量因子为88.88%的超短光脉冲。因此,抑止色散效应,利用自相位调制可获得高相干度的超连续谱及高质量的脉冲压缩。     

高非线性光子晶体光纤的研究及应用

文章介绍了高非线性光子晶体光纤的特点及产生高非线性特性的基本原理,分析了在高非线性光子晶体光纤中产生超连续光谱和慢光效应的机理和其应用,并给出了国内利用文章作者研制的高非线性光子晶体光纤进行超连续谱和慢光试验的结果.     

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。     

充氩气Kagome空芯光子晶体光纤中超连续光谱产生的动力学研究

利用飞秒激光在充氩气的Kagome结构空芯光子晶体光纤中产生了高亮度宽带的超连续光谱.通过改变填充气体的气压以及输入激光的单脉冲能量可以对产生的超连续光谱进行控制.利用中心波长980 nm的飞秒脉冲作为抽运获得了光谱范围覆盖340~1 550 nm的宽带超连续光谱.通过基于载波的单向脉冲传输方程研究了超短脉冲在充氩气的Kagome光纤中产生超连续光谱的动力学过程.     

对称和非对称结构光子晶体光纤产生超连续光谱特性的研究

利用对称和非对称结构的光子晶体光纤进行了超连续光谱特性的研究,在非对称结构光子晶体光纤所产生的超连续光谱中观察到了三次谐波.实验证实了入射激光脉冲偏振态对超连续光谱的影响.这一性质可用以实现对超连续光谱波段的选择和强度的控制,对超连续光谱的实际应用具有重要意义.     

Supercontinuum Generation in Normal-dispersion Photonic Crystal Fiber Using Picosecond Pulse

Studied is the Super-continuum （SC） generation of a normal-dispersion photonic crystal fiber （PCF） using picosecond pulse excitation. In experimental analyses, a 237 nm broadband infrared continuum was generated pumped at 1 550 nm（normal dispersion regime） by 1.6 ps pulses from an erbium-doped fiber laser. In addition, we conduct the numerical analyses of SC based on generalized nonlinear Schr dionger equation. The results have been applied to investigate the dominant physical processes underlie the generation - of SC. We conclude that dispersion, self-phase modulation （SPM）, four-wave-mixing （FWM） and Raman scattering are determinants of SC generation rather than fission of soliton in normal-dispersion PCF.     

光纤中超连续脉冲的频谱展宽

为了产生高重复频率的多波长短光脉冲,利用锁模掺铒光纤激光器作为抽运光源,对色散位移光纤中的超连续脉冲进行了实验研究,成功实现了输出脉冲的频谱展宽.实验也发现,制约这个实验结果的主要因素是光纤激光器的输出脉冲的稳定性不够和功率不高.     

光子晶体光纤分析及其在超连续谱中的应用

通过非线性效应,脉冲激光光谱可以大为扩展,得到应用价值很高的超连续谱（SC）,借助光子晶体光纤(PCF),能方便地产生这种非线性效应。研究了光子晶体光纤的包层等效折射率、归一化频率与PCF结构参数之间的关系,这是PCF实现无尽单模传输的原因。通过类似于阶跃折射率型光纤的理论,得到了光子晶体光纤的折射率和色散的计算模型。依据此模型所做的模拟结果表明,脉冲激光光谱有显著展宽。     

全保偏非线性偏振环形镜锁模掺铒光纤激光器

研究了基于非线性偏振环形镜锁模的全保偏光纤激光器锁模机制。在非线性偏振环形镜中,用偏振分束器取代传统的非线性放大环形镜锁模激光器中的光纤耦合器,并辅以非互易性元件和增益光纤,作为全保偏光纤激光器中实现稳定锁模的核心器件。构建了一台基于非线性偏振环形镜的掺铒光纤锁模激光振荡器,实现了重复频率75 MHz,时域脉冲宽度141 fs,总输出功率约30 mW的稳定锁模脉冲序列输出。该激光器具有双向输出,且通过调节腔内波片可调节输出功率。此外,对激光器输出功率和重复频率的稳定性进行了评价,在自由运转情况下,1 h内输出脉冲序列的平均功率波动小于0.05%,重复频率的1 s相对稳定度为2.010-8。该结构的全保偏光纤激光器可开机自启动锁模,且环境稳定性高、重复频率较高、脉冲宽度窄,能满足激光测距、激光加工、激光光谱成像、航天等应用对超短脉冲光源的需求。     

Design of supercontinuum source for coherent anti-Stokes Raman scattering microscopy

A new method to obtain supercontinuum（SC） source for multiplex coherent anti-stokes Raman scattering （CARS） microscopy is proposed. The nonlinear propagation in photonic-crystal fibers （PCF） of femtosecond pulse laser with central wavelength at 800.9 nm is studied with scalar wave theory. Based on the incident laser power and dispersion of PCF, super broadband source for multiplex CARS microscopy is designed.     

大模场光子晶体光纤中超连续谱的产生与控制

探索利用大模场光子晶体光纤产生大功率、高光束质量的超连续谱。采用分步傅里叶方法求解广义非线性薛定谔方程(GNLSE), 模拟了光脉冲在大模场光子晶体光纤中非线性传输和超连续谱的产生过程。着重分析了光子晶体光纤长度和抽运脉冲的峰值功率、啁啾等对超连续谱产生的影响, 讨论了大模场光子晶体光纤中光谱的非线性展宽机制。发现可将超连续谱产生过程分为初始展宽、剧烈展宽和饱和展宽三个阶段。合理选择光纤长度, 使产生的超连续谱处于剧烈展宽阶段时输出, 既能够得到较宽的光谱, 又能够保证较高的效率。抽运峰值功率对超连续谱的产生有重要影响, 当输入功率较小时, 脉冲的频谱成对称展宽, 仅有自相位调制(SPM)效应起作用, 其他高阶效应的影响都很弱。随着脉冲功率的增加, 频谱短波方向变化较小, 光谱向长波方向展宽。同时, 脉冲时域出现振荡调制, 振荡的起因与光波分裂现象有关。抽运光初始啁啾对超连续谱的产生也有重要影响。当啁啾为正时, 啁啾量的大小对产生超连续谱的影响较小, 蓝移方向基本没有影响, 而红移部分能量随着啁啾量的增大向长波方向转移, 超连续谱总的宽度变化较小; 当啁啾为负且满足一定条件时, 其中的非线性作用得到增强, 有利于光谱展宽。     

利用GaAs作为饱和吸收体的被动调Q光子晶体光纤激光器

利用GaAs晶体作为可饱和吸收体, 实现了掺镱光子晶体光纤激光器的被动调Q输出。实验用掺杂光子晶体光纤的芯径为21 μm, 数值孔径为0.04, 在实现了大模场面积的同时, 保证了激光器的单模运转, 从而得到高光束质量的激光输出。实验使用高功率半导体激光器作为抽运源, 采用自行研制的耦合系统将抽运光耦合进入光子晶体光纤的包层中。在激光器平均输出功率为5.8 W时, 实验得到的最短输出激光脉冲为80 ns, 重复频率为6.7 kHz。     

振幅调制连续光产生高功率超短脉冲串的研究

高功率超短脉冲串需求广泛,但是有限的平均功率和能量的低利用率限制了超短脉冲串的应用。基于不同于锁模机制的非线性孤子效应,利用振幅调制连续光抽运,数值模拟了光纤中高功率超短脉冲串的稳定产生。分别研究各输入参数如抽运功率、调制深度、调制频率以及光纤参数包括非线性系数、群速度色散系数等对高功率超短脉冲串输出特性的影响规律。为了综合考量各参数对抽运效率的影响,以利于光纤参数和调制参数的选择,引入了归一化调制频率。研究结果表明:选择具有小非线性及较大群速度色散的光纤,适当增加调制频率和调制深度,都可以在保证高平均功率输出的同时获得相对高的抽运效率,而较小抽运功率则有利于能量提取。     

掺镱PCF的端面处理工艺及激光性能研究（特邀）

基于自制的掺镱大模场光子晶体光纤,探索出一种高效快速的光子晶体光纤端面处理工艺。使用二氧化碳激光熔接机对光子晶体光纤进行旋转加热处理,并配合大口径光纤切割刀对塌缩区域进行切割。通过对比光纤在不同激光加热功率和加热时间下的塌缩效果,确定了最佳的加热功率和时间。对端面处理后的光纤进行激光震荡实验,测试光纤的激光性能,与未进行端面处理时的激光实验结果相比较,端面塌缩处理没有对光纤的激光性能产生较大的影响。通过所述的实验方法,成功得到高质量光子晶体光纤塌缩端面,空气孔塌缩界面齐整,且没有对光纤本身的激光性能产生较大的影响。实验工艺周期短、成功率高,证明利用激光加热塌缩来处理光子晶体光纤端面是一种非常有效的方法,极大地拓展了光子晶体光纤的使用范围,具有很强的实用价值。     

基于光纤干涉环的掺Yb3 全光纤自调Q激光器

对基于光纤干涉环的包层泵浦全光纤自调Q激光器进行了实验研究。实验采用掺Yb^3 双包层光纤(DCF)为增益介质，光纤Bragg光栅(FBG)作为腔镜，以及接入5m普通单模光纤的光纤干涉环，实现了较稳定的全光纤自调Q激光器，获得了脉宽3．6ns，重复频率约1kHz，峰值功率56．7kW的光脉冲。提出其产生ns脉冲的原因是瑞利散射(RS)与受激布里渊散射(SBS)的共同作用。