光子晶体光纤飞秒激光技术研究进展

光子晶体光纤自诞生至今的十几年来得到了快速发展,不同结构和各具特色的光子晶体光纤层出不穷。以应用于飞秒激光技术的各种光子晶体光纤为主线,介绍了目前基于光子晶体光纤飞秒激光技术的实验研究进展,尤其是高功率、高能量飞秒激光系统的研究现状和发展方向。     

39fs,16W全光子晶体光纤飞秒激光系统

实验研究了高平均功率输出的光子晶体光纤飞秒激光系统。系统中振荡器和放大器均使用保偏型掺Yb3 双包层大模场面积光子晶体光纤(LMA-PCF)为增益介质,具有极低非线性系数、很高的增益系数,并能保证很好的环境稳定性。系统研究了种子光功率、脉冲宽度、脉冲啁啾和放大器抽运光功率等参数对系统输出飞秒激光脉冲宽度的影响。在输入种子光平均功率为180mW,放大器抽运功率为40W时,获得平均功率16W输出(对应单脉冲能量320nJ),脉冲宽度压缩到39fs。     

基于飞秒激光制备的光子晶体光纤Fabry-Perot温度传感器

提出并设计了一种基于飞秒激光在光子晶体光纤(photonic crystal fiber,PCF)中制备光纤法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)传感器的方法。采用飞秒脉冲激光作为加工光源,结合放大倍率100×的物镜以及三维加工平台在PCF侧面采用逐线刻写方式进行加工。通过对飞秒激光光斑在光纤上的聚焦位置以及刻写功率进行优化,在PCF上刻写了深度均为80 μm、间隔为800 μm的两条划线,实现了周期为0.98 nm的全光纤F-P结构制备；实验中,对传感器在40~120 ℃温度范围内的光谱特性进行了测试与分析,每隔10 ℃进行一次数据采集,随着温度逐渐增加波长向长波方向漂移,通过对该采样点数据进行线性拟合,得到该测试点的波长温度灵敏度为9.73 pm/℃,拟合线性度为0.997。     

飞秒激光脉冲在光子晶体光纤中的频率变换实验

具有微米或亚微米尺度微结构的光子晶体光纤被证明非常适用于高效反斯托克斯波的频率转换。纳焦耳量级的飞秒激光脉冲在光子晶体光纤的传输过程中，通过控制入射光的偏振方向或者耦合模式可以产生具有可调频率的反斯托克斯超短脉冲，并具有极高的转换效率。     

光子晶体光纤振荡器直接输出10W飞秒激光

天津大学超快激光研究室利用非线性偏振旋转锁模实现了大模场面积光子晶体光纤的高功率输出,该振荡级在49 MHz的重复频率下获得了平均功率10 W的稳定锁模输出。     

飞秒激光制备非线性光子晶体研究进展

非线性光子晶体能够实现高效的非线性光学过程,其制备手段吸引了该领域研究者的高度关注。飞秒激光加工技术具有极高的精度、分辨率和灵活性,相比传统的非线性结构制备工艺具有独特的优势。总结归纳了利用飞秒激光加工技术构建非线性光子晶体的研究进展,并对涉及的准相位匹配原理进行了简要介绍。讨论了飞秒激光反转铁电畴和擦除非线性系数的加工机理,论述了这两种方式在多种维度非线性光子晶体加工方面的实验成果和应用。最后分析了目前飞秒激光加工非线性光子晶体所遇到的挑战,并展望了未来的发展前景。     

基于光子晶体光纤飞秒激光技术的高功率紫外激光源

实验研究了一种基于大模场面积光子晶体光纤飞秒激光技术的紫外飞秒激光源.分析了群速失配下的倍频光和基频光的走离长度,并实验比较了不同长度的BBO晶体的倍频功率和效率.分别采用5 mm和0.18 mm的两块BBO晶体,在Ⅰ类相位匹配条件下,对光子晶体光纤放大器输出的脉宽为110 fs,重复频率50 MHz的1040 nm飞秒激光进行腔外二倍频(SHG)和四倍频(FHG),获得了高功率紫外飞秒激光.在20 W的平均功率抽运下,获得了8.88 W的二倍频绿光输出,转换效率为44.4%.同时获得了656 mW的四倍频260 nm紫外激光,单脉冲能量13 nJ,最高功率时二次谐波(SH)到四次谐波(FH)的转换效率为7.39%.     

飞秒激光双光子聚合加工微纳结构

针对微/纳机电系统（MEMS/NEMS）零部件加工制造难题,研究具有亚衍射极限空间分辨率的飞秒激光双光子聚合加工方法,搭建钛蓝宝石飞秒激光微纳加工系统,对液态聚合物材料进行飞秒激光双光子聚合加工工艺试验研究。结果表明:随着激光功率的降低,单个固化点的尺寸减小,加工分辨率提高;扫描步距减小,所加工工件的表面粗糙度数值减小,但加工效率降低。基于CAD软件设计出微米墙和纳米线构成的三维微纳结构,利用飞秒激光双光子聚合加工得到该三维微纳结构实物,通过优化工艺参数加工出直径小于100 nm的纳米线,从而证明飞秒激光双光子聚合加工方法为微/纳器件的制造提供了一种有效方法。     

探讨飞秒激光微纳加工技术及其应用

激光微纳加工技术是制造技术中的一种先进高新技术,目前已在工业、机械制造等诸多领域有了广泛的应用。运用这种技术对材料进行加工,可以达到纳米级的加工分辨率,可以大大提高机械加工的精度与效率。本文主要探讨了飞秒激光微纳加工技术的原理与特征,以及该技术在实际中的应用。     

用大模场光子晶体光纤获得高功率飞秒激光

最近许多实验结果表明掺Yb光纤在提高输出功率方面还有很大潜力,而且由于大模面积光子晶体光纤的使用,飞秒光纤激光器的输出已经可以与传统飞秒固体激光器相比拟。报道了利用掺Yb的保偏型大模面积光子晶体光纤进行锁模和放大方面取得的实验结果,光子晶体光纤振荡级输出重复频率为51 MHz,脉冲宽度为450 fs,平均功率为2 W的飞秒激光,对应单脉冲能量40 nJ;同时利用国产双包层大模面积光纤进行了放大实验,在平均功率为毫瓦量级的种子光脉冲输入情况下,获得了103增益。     

呼吸脉冲锁模的光子晶体光纤飞秒激光器

报道了一种掺Yb偏振型大模场面积光子晶体光纤(LMA-PCF)飞秒激光器。作为增益介质的光子晶体光纤的单模场面积比传统光纤高一个数量级,有效地降低了非线性系数,使激光器获得高能量输出。激光器基于线形腔结构,利用半导体可饱和吸收镜实现自启动锁模。光纤激光器利用光栅对进行腔内色散补偿,使其运转在呼吸脉冲锁模状态,即在谐振腔的零色散点附近实现锁模。当腔内净色散呈反常色散时,激光器获得了平均功率为400mW,重复频率为47MHz(对应于8.5nJ的单脉冲能量),脉冲宽度为500fs的稳定的锁模脉冲输出,经腔外色散补偿,脉冲压缩至98fs。当腔内净色散呈正常色散时,激光器输出的单脉冲能量为10.6nJ,脉冲宽度为1.76ps,经腔外色散补偿,脉冲压缩至160fs。     

光子晶体光纤激光器的研究现状

光子晶体光纤作为一种新型特种光纤具有许多传统光纤所无法比拟的优越特性,尤其是掺杂光子晶体光纤。本文主要介绍了光子晶体光纤激光器的研究进展和应用前景。     

基于光子晶体光纤的分立式拉曼放大器

主要研究了基于光子晶体光纤的宽带分立式拉曼放大器的优化设计方法。简化了多波长抽运宽带光纤拉曼放大器的传输方程, 得到优化设计的模型及目标函数。对传统的优化算法进行了改进, 提出了一种新的遗传模拟退火算法, 该算法同时利用遗传算法和模拟退火算法的优点。设计了两个分立式光纤拉曼放大器, 一个采用双波长抽运, 另一个采用四波长抽运。仿真结果表明, 光子晶体光纤可以用来设计成为短长度、高效的分立式光纤拉曼放大器。     

双包层光子晶体光纤激光器研究进展

光子晶体光纤(PCF)具有许多传统光纤难以实现的诸多优良特性,以光子晶体光纤为增益介质的高功率光纤激光器受到了普遍关注.介绍了光子晶体光纤及由其构成的光子晶体激光器的原理,重点介绍了双包层光子晶体光纤激光器国内外的最新研究进展.     

高重复频率飞秒激光烧蚀熔融石英制作单偏振微结构波导

利用中心波长为1040nm、脉宽为190fs、重复频率在200～5000kHz之间可调的飞秒激光对熔融石英进行微加工。研究了烧蚀阈值随脉冲重复频率、扫描速度的变化规律,阐明不同参数下热扩散效应及热累积效应对烧蚀过程的主导作用。在最优化条件下,制作了双线波导,可以对1040nm激光实现圆形基模传输。进一步制作了椭圆晶胞的六角微结构波导,对1040nm激光可以输出近高斯强度分布的基模,模场面积达到247.48μm2。该微结构波导可实现单偏振传输,消光比达9.05,波导数值孔径约0.017。     

高重复频率、窄脉宽全固态光纤放大器种子源

高重复频率、窄脉宽的全固态激光器种子源级联光纤放大器是获得高功率脉冲激光输出的有效手段.短上能态寿命的Nd:YVO4晶体在连续抽运、高重复频率Q开关工作时容易得到接近连续性能的平均输出功率.理论分析了声光(AO)调Q器件中影响输出能量和脉宽大小的主要因素,优化配置了腔型参数.利用激光二极管(LD)光纤耦合模块端面抽运Nd:YVO4晶体,实现了声-光调Q重复频率100 kHz以上,脉宽20 ns以下,波长1064 nm的激光输出.在抽运功率5.7 W时,得到了脉宽15.3 ns,重复频率150 kHz的种子光输出,在级联单级光纤放大器后,得到了20 W的输出.     

1030nm高重复频率纳秒脉冲全光纤放大器

采用脉冲调制的单模带尾纤输出的半导体激光器作为种子源,以掺镱光纤为增益介质,采用主振荡功率放大(MOPA)结构,实现了1030nm全光纤脉冲激光放大。脉冲重复频率在50～100kHz范围内可调,在重复频率50kHz时,实现了脉冲宽度为6.53ns,峰值功率为16.08kW的脉冲输出,相应的斜率效率为69%,输出激光的中心波长在1029.49nm。实验还研究了不同重复频率下输出激光脉冲的时域特性。该激光器的输出波长在激光雷达探测器的光谱响应范围内,可作为激光雷达发射光源。