矢量涡旋光束的表征及腔内生成技术北大核心CSCD

矢量涡旋光束是一种新型的结构光场,具有螺旋相位和横截面各向异性偏振分布,在光镊、旋转体探测、光通信、高分辨率成像、量子信息等领域展现出广泛的应用前景。随着研究的不断深入,对矢量涡旋光束的复杂光场模式分布要求越来越高,给矢量涡旋光束的生成技术带来了巨大的挑战。此外,如何更加实用且有效地完备表征矢量涡旋光束的模场分布、模式特性亦是其应用的重要基础。本研究团队长期从事包括矢量涡旋光束在内的结构光场调控及应用技术研究,提出了多种输出模式连续可调的矢量涡旋光束腔外、腔内生成技术。介绍了近年来本课题组在矢量涡旋光束的表征和腔内生成方面的主要工作,包括矢量涡旋光束总角动量态的四参量表征法、激光谐振腔内横纵模调控技术等,并在此基础上报道了人眼安全波段全固态矢量涡旋光束激光器。     

光纤激光器凸端面选模理论和实验研究

为了改善光纤激光器的输出光束特性,将光纤端面加工处理成近似凸球面。从实验上研究了光纤端面为凸球面时对光纤激光器输出光束质量和输出功率的影响。在考虑横向空间烧孔效应的速率方程的基础上,建立了光纤激光器端面选模的理论模型,并对凸端面选模方法进行了数值模拟。结果表明,采取凸端面作为光纤激光器的输出端可以提高输出激光的光束质量。     

中红外光纤激光器的研究进展

中红外光纤激光器因其特殊的输出波长和良好的光束质量,在军事、大气通信、生物医疗等领域有着广泛的应用前景。从不同掺杂稀土离子的角度介绍了氟化物玻璃和硫化物玻璃中红外光纤激光器的工作原理和结构,并阐述了国内外最新的研究进展。同时,介绍了本研究小组在中红外光纤激光器方面的研究工作及取得的最新成果。最后,对中红外光纤激光器的发展前景进行了展望。     

基于光纤二维材料集成器件的脉冲激光器及外场调控(特邀)

脉冲光纤激光器在加工、光通信、生物医学、非线性研究等领域有很大的应用前景,所以得到了广泛的关注。为了得到脉冲激光输出需要使用饱和吸收体,其中二维材料具有独特的光电特性,在光学和光电器件中已经有很多的应用,尤其是二维材料具备良好的饱和吸收,制备工艺简单,易与光纤系统集成,工作波长宽等特点,被广泛地应用于脉冲光纤激光器。文中回顾了二维材料和光纤的集成方式以及相应的脉冲光纤激光器的输出特性,并且对这类脉冲光纤激光器进行了外场调控的研究。     

掺镱双包层调Q脉冲光纤激光器研究

光纤激光器是近几年激光领域关注的热点之一,与传统的固体激光器相比,光纤激光器具有容易实现单模、高光束质量输出等优点。对双包层掺镱光纤工作原理及激光放大机理进行了研究,并设计实现了一种声光调Q光纤激光器,该激光器不需要使用光纤隔离器等相关光纤元件,具有结构紧凑、效率高、线宽窄等优点。     

被动锁模光纤激光器的研究进展

被动锁模光纤激光器以其结构简单和紧凑而倍受关注,是未来时分复用(OTDM)光通信系统、光传感和光探测等的理想光源.介绍了当前被动锁模光纤激光器的研究进展,分析了其工作原理、锁模方法、特点及关键技术,最后对其应用前景作了展望.     

脉冲双包层光纤激光器

双包层光纤激光器具有光束质量好、散热面积大等优点。介绍了三种获得脉冲输出的双包层光纤激光器，即调Q光纤激光器、锁模光纤激光器及振荡放大脉冲光纤激光器。分析了它们的工作原理及关键技术，并对国内外近期进展作了综述。     

涡旋光束和光学涡旋的研究

近年来,涡旋光束由于在囚禁和操控原子及其他微粒中的应用而引起了不少关注和研究.涡旋光束在光束的传播方向上有一个位相项e(ilθ),而且它拥有一个光束轨道角动量,如何从一个高斯基模变换到涡旋光束,已经提出了许多方法,比如在腔内放螺旋位相片直接产生,用计算机得到的位相片产生,用柱面镜或楔形镜产生光学涡旋.此外,在光纤中涡旋也能产生,比如可以使用光子晶体光纤作为一个非线性的两维光子晶体来产生光涡旋孤子.而在螺旋光纤中,纯的光学涡旋或者光学涡旋和TE及TM模式一起以高阶模形式出现,纯的模式在螺旋光纤传导中,会加上一个和内禀角动量以及螺旋立体角成比例的拓扑位相,而且HE和EH模式的工和y分量的分布模式在传输时也有旋转.1997年,E Abramochkin用一个图像旋转腔来产生一个涡旋激光束,在钝角三角形腔中用一个Dove棱镜来旋转光束,随着不同的棱镜旋转角度,可以得到不同的螺旋类型的激光光束.2003,Arlee V Smith在一个图像旋转腔的纳秒级光学参量振荡器里获得了涡旋光束,它的种子光和腔轴失调,在腔中形成了4个有着固定位相差的稳定模式,从而输出耦合成为一个涡旋光束.文中介绍用一种失调的多模光纤来做一个旋转腔,而把高斯基模光转换为一个涡旋光束的方法.在实验中,光源采用He-Ne的基模高斯光束,当激光束倾斜入射在光纤耦合器时,出射光场的模式会随输入位置和输入角而改变,在实验中用的是多模光纤,分别得到了顺时针和逆时针的涡旋光束, '还的到了环状空心光束.用光强分布仪记录了光束的分布,得到了不同尺寸光纤纤芯的光强分布图;测量了光束转换耦合效率,结果是涡旋光束的耦合输出效率达到了80%以上;空心光束的耦合输出效率达到了50%以上.另外,对于失调耦合器下多模光纤产生光学涡旋的理论分析和研究也将进一步研究.由于这种方法产生的光束稳定性很好,不仅可以产生实验所需要的光束,还可以把这种光束传输到所需要的地方,因此,应用前景很广,如操控原子、微粒和细胞等,也是一种特殊的光镊.     

双波长单纵模掺铒光纤环形激光器设计及实验研究

为了实现1550nm正交线偏振双频激光输出,设计了一种复合环形腔双波长单纵模掺铒光纤(EDF)激光器,以保偏光纤Bragg光栅作为波长选择元件,并采用未抽运掺铒光纤饱和吸收体作为激光单纵模选择元件,从而实现正交线偏振1550nm双波长单纵模激光稳定振荡输出。简要介绍了复合环形腔选模及未抽运掺铒光纤饱和吸收体选模的基本原理,理论分析了未抽运掺铒光纤长度对单纵模选择的影响,实验研究了不同选模情况下双波长激光的振荡特性。实验结果表明:腔内含有保偏光纤Bragg光栅和未抽运掺铒光纤饱和吸收体的复合环形腔。掺铒光纤激光器能够稳定输出1550nm正交线偏振双波长单纵模激光,其波长间隔约为0.344nm。这种双波长单纵模光纤激光器可广泛应用于激光传感与测量以及密集波分复用(DWDM)光纤通信等领域。     

一种新型结构的单纵模光纤激光器

单纵模掺铒光纤激光器在光通信和光传感等方面有着广泛的应用前景。设计了一种新型的光纤激光器，在光纤环形镜中嵌入未抽运的掺铒光纤作为可饱和吸收体以抑制多纵模，用光纤环谐振腔作为滤波器抑制拍频噪声，用光纤光栅作为波长选择器件，最终得到了单纵模输出并消除了拍频噪声。使用零拍法测量其线宽小于频谱仪的低频极限5kHz。实验结果证明了可饱和吸收体和光纤环的功能。     

弯曲直径对多模光纤激光器输出性能的影响

大模场面积(LMA)多模光纤激光器的输出性能与光纤的弯曲程度有关。为研究两者之间的关系,在光纤不同弯曲直径下,对多模光纤激光器的输出性能进行了实验测量和理论计算。采用刀口法测量了不同弯曲直径下的激光光束质量因子M~2,并对每种情况下光纤激光器的斜率效率进行了测量。光纤弯曲直径分别为285 mm, 195 mm和130 mm时,多模光纤激光器光束质量因子M~2为2．88,1．82和1．67,斜率效率为39％,35％和34％。另外,对于实验所采用的大模场面积多模光纤,理论计算了各模式损耗与光纤弯曲直径的关系。     

大模场面积光纤激光器拉锥法模式选择

大模场面积(LMA)光纤激光器的光束质量通常比单模光纤激光器的光束质量差。采用光纤拉锥的方法进行模式选择,从而提高大模场直径光纤激光器的光束质量。拉锥区距光纤激光器的输出端约5 mm,纤芯最小为9μm,约为未拉锥部分纤芯直径26μm的1/3。实验研究表明,在拉锥后,光纤激光器的光束质量因子M2由3.50减小为1.81,相应的斜率效率由63.6%减小为51.1%。虽然拉锥后最大输出功率减少了约19.8%,但其亮度增大为拉锥前的3倍。     

可调谐光纤激光器及其进展

可调谐光纤激光器具有优越的性能。是目前国际上研究的热点技术。已广泛用于光通信、大气监测、光纤传感、测量等许多领域。并将成为可调谐半导体激光器的有力竞争对手。介绍了国内外可调谐光纤激光器的进展及其应用和市场前景。     

光纤弯曲对掺镱光纤激光器光束质量的影响

通过改变F-P腔全光纤激光器中的光纤盘绕半径,对输出激光光束质量进行了研究.搭建了百瓦级全光纤激光器.最大泵浦功率为436 W的条件下,获得了300 W波长1 080 nm的激光输出.光束质量M2=1.13.光-光转换效率为69%.理论分析并计算了20/400 m大模场面积双包层光纤中的两种导波模式LP01模和LP11模沿光纤径向的功率分布和弯曲损耗;利用光纤弯曲选模方法,实验上探究了光纤弯曲半径对输出激光模式及光束质量的影响.实验发现,通过光纤弯曲方式可以有效地消除高阶模式,再经过包层光剥除可以获得更好的光束质量M2=1.06.     

基于增益开关技术的全光纤结构纳秒脉冲掺铥光纤激光器

工作在2μm波段的脉冲掺铥光纤激光器,可望在遥感探测、相干雷达、空间光通信、激光医疗和特种材料加工等领域获得重要应用。目前,利用波长在1.55μm附近的脉冲掺铒光纤激光器作泵浦源的增益开关掺铥光纤激光器是实现全光纤结构纳秒脉冲掺铥光纤激光器的理想方式之一。采用实验研发的纳秒脉冲掺铒激光器作种子源,研制了全光纤MOPA(masteroscillator power amplifier)结构的纳秒脉冲掺铒光纤激光器,输出波长1 547 nm,脉冲频率100 kHz,脉冲宽度50 ns,平均功率1 W,单脉冲能量10μJ。使用该脉冲掺铒光纤激光器抽运掺铥光纤,实现了波长1 963 nm的增益开关脉冲激光输出。该掺铥光纤激光器为全光纤结构,重复频率100 kHz,最小脉宽47 ns,最大单脉冲能量100 nJ。激光输出稳定可靠,更高的单脉冲能量,平均功率和峰值功率可由进一步级联光纤放大器实现。     

单端抽运国产D形双包层光纤激光器实现输出功率200 W

掺镱双包层光纤激光器是国际上新近发展的一种新型高功率激光器件，由于其具有光束质量好、效率高、易于散热和易于实现高功率等特点，近年来发展迅速，并已成为高精度激光加工、激光雷达系统、光通信及目标指示等领域中相干光源的重要候选者，在军事上也有着广泛的应用潜力。最近我们在     

高功率光纤激光器研究进展

高功率掺镱双包层光纤激光器由于在效率、散热和光束质量方面的优势,在工业加工、医疗和国防等领域具有广泛的应用前景,是目前国际上激光技术研究的热点之一.首先综述了国际上高功率光纤激光器的研究进展情况,然后重点介绍了中国科学院上海光学精密机械研究所在连续光纤激光和脉冲光纤激光方面所取得的进展,采用双端泵浦技术,在15 m的国产双包层光纤中获得440 W的连续输出,采用MOPA方式,以4 m长的国产光纤作为放大介质,在100 kHz时,获得了133 W的平均功率输出.     

自主研发的严格单模光纤振荡器实现千瓦量级输出

<正>严格单模光纤振荡器是指光纤振荡器的输出光束只含有基模，而不含其他任何高阶模式。不同于含有少量高阶模式的单模光纤振荡器，严格单模光纤振荡器具有更好的光束质量和光束稳定性，可作为种子光源，有利于后续功率放大过程的模式控制，在光束合成、遥距加工等领域中也有着广泛的应用。不过，尽管现阶段数千瓦量级光纤激光器的光束质量因子(M²)可达到1.1以下，但已有研究表明：该光束质量的输出光场仍可能存在高阶模式，无法确保严格单模输出。     

光纤激光器的发展

１引言光纤激光器是近几年激光领域人们关注的热点之一，特别是应用到光纤通信窗口的１．５５μm波长的光纤激光器以及应用于军方和工业加工的高功率光纤激光器的发展更为迅猛。常规激光器的调Q、锁模等技术也都引入到了光纤激光器中，这不仅拓宽了光纤激光器的研究领域，而且也推动了激光技术的发展。在同样的输出功率下，光纤激光器的光束质量、光传递特性、可靠性和体积大小等都占有优势，此外由于光纤成本的降低和易于实现流水化及大批量生产等特点，这不仅引起科学家们的兴趣，而且更吸引产业界专家们的极大关注。光纤激光器最初在６…     

多高斯关联扭曲光束在GRIN光纤中的轨道角动量演化

轨道角动量(orbital angular momentum, OAM)的引入丰富了光通信领域内的调制维度,为寻找更高效快捷的通信方式提供了新思路,相较于传统携带涡旋相位的涡旋光束,部分相干扭曲光束携带的OAM性质更为复杂。本文针对椭圆多高斯关联扭曲光束在梯度折射率(gradient-index, GRIN)光纤中的OAM传输,基于GRIN光纤的ABCD光学传输矩阵,着重分析了多高斯关联扭曲光束在GRIN光纤传输的OAM的传输演化特性。研究结果表明,光束的光强、OAM通量密度以及归一化OAM通量密度在光纤传输过程中均呈现周期性变化,通过对关联结构以及扭曲因子的调控不仅可以改变光束OAM通量密度的分布,还可以调控单光子携带OAM的大小。本文的研究有助于丰富扭曲部分相干光束在GRIN光纤中传输的理论结果,在光纤通信中具有潜在的应用前景。