高功率超快光纤激光器研究进展

高功率超快脉冲激光应用广泛,包括精密工业加工、超快光谱学、强场物理学及军事应用等。光纤激光具有操作方便、散热要求低、光束质量好等优势。综述了近年来高功率超快光纤激光器的研究进展,包括新兴的被动锁模光纤激光技术及啁啾脉冲放大技术,以高功率超快光纤激光器在高次谐波产生中的应用为例,阐述了高能量光纤激光在非线性光学中的优势,对高功率超快光纤激光器的研究前景进行了展望。     

拉曼光纤激光:50年的历程、现状与趋势（特邀）

自1972年Roger H. Stolen等人首次基于受激拉曼散射效应在玻璃光纤中实现激光输出以来，拉曼光纤激光技术已经走过了50年的发展历程。文中首先分阶段呈现拉曼光纤激光的发展历程，介绍具有里程碑意义的经典文献和重要技术突破，勾勒出拉曼光纤激光发展的概貌。其次根据拉曼光纤激光的研究现状，整理具有代表性的最新成果；介绍随机分布式反馈拉曼光纤激光、中红外拉曼光纤激光和超快激光等最新研究热点。最后梳理拉曼激光合束、半导体激光直接泵浦和非线性效应耦合新机制等方面的发展趋势。     

高功率光纤超快激光

飞秒激光科学和光纤激光技术的完美结合——高功率光纤超快激光,极大地拓展了超快激光的应用领域,为基础科     

中红外波段超快光纤激光器研究进展

近年来中红外超快锁模激光器发展极为迅速,有效地推动了中红外超快激光在中红外频率梳和分子光谱学、材料加工和激光手术、分子生物和化学等领域的应用。从近年来中红外超快光纤激光器的进展开始,介绍了该波段各类光纤激光的进展,并分析了如何从动力学调控上实现更窄脉宽、更远波长的技术方案;系统介绍了中红外光纤放大器中啁啾脉冲放大和非线性放大技术。综合来看,中红外超快光纤激光器正处在高速发展阶段,未来具有极高的应用价值。     

基于主动偏振控制技术实现高功率线偏振飞秒光纤激光

<正>高功率超快光纤激光在基础研究和工业领域中都有广泛的应用。目前，基于自由空间耦合和全光纤结构的超快激光啁啾脉冲放大（CPA）系统的平均功率已经分别达到了830 W和440 W。需要指出的是，由于CPA系统中压缩器的偏振选择特性，超快光纤激光一般输出线偏振光。此外，在一些特定的应用如超快激光相干合成中，也需要采用线偏振光。一般来说，线偏振光的产生和放大通常都是基于保偏光纤实现的。     

1.7 μm超快光纤激光器研究进展（特邀）

超快光纤激光器具有紧凑性高、光束质量佳、散热性好等优点,是一种极具发展潜力的激光光源。工作波长作为超快光纤激光器的重要参数,在一定程度上决定了激光器的应用领域。近年来,得益于1.7 μm波段的独特光谱特性,1.7 μm波段超快光纤激光器在生物医学、聚合物加工、光学成像等领域具有重要的应用价值。因此,研制高性能的1.7 μm波段超快光纤激光器成为激光领域的研究热点之一。文中综述了近期1.7 μm波段超快光纤激光器的研究进展,对目前获得1.7 μm波段超短脉冲的不同方式进行总结,分析其技术特点;同时,介绍了笔者所在课题组报道的1.7 μm波段耗散孤子超快光纤激光器及其放大系统的研究成果,概述了其工作原理、技术难点;最后,对1.7 μm波段超快光纤激光的应用前景及发展趋势进行了展望。     

10 W量级高功率中红外超快光纤激光系统中色散管理的仿真设计

超快光纤激光器具有结构紧凑、可靠性高和光束质量好等优点,在科学研究和工业生产上有广泛的应用。2～5μm波段的中红外超快光纤激光器在气体探测、激光手术与中红外对抗中具有巨大的应用潜力,已成为超快光纤激光器领域的一个研究热点,尤其是利用掺杂铒离子的氟化物光纤作为增益光纤的光纤激光器,其可利用常见的980 nm泵浦激光产生2.8μm波段的超快激光,是研究最为广泛的中红外超快光纤激光器系统之一。然而,2.8μm波段的超快光纤激光器无论是在平均功率还是在单脉冲能量上,都与国际先进的近红外波段超快光纤激光器存在较大差距。前期报道的2.8μm超快光纤激光器输出的最高平均功率约为1 W,单脉冲能量约为30 nJ,这极大地限制了中红外超快光纤激光在高灵敏度气体测量等领域的应用。针对这一问题,本文设计了一套基于掺杂铒离子氟化物光纤的多级啁啾脉冲放大系统,并对其进行了数值模拟,此系统可将脉冲平均功率放大到10 W量级,从而获得超过250 nJ的单脉冲能量。此系统输出的高能量中红外脉冲具有约400 fs的超宽脉冲宽度,脉冲峰值功率可达450 kW。     

Tm3+/ Ho3+离子掺杂中红外超快激光技术研究进展（特邀）

稀土离子Tm3+/ Ho3+ 掺杂中红外2 μm波段超快激光由于广泛的应用前景成为近十余年来激光领域的研究热点之一。文中首先综述了稀土离子Tm3+/Ho3+掺杂固体/光纤2 μm波段超快激光锁模技术进展,包括主动锁模技术以及饱和吸收、克尔透镜、非线性偏振旋转、非线性光环形镜、非线性多模干涉等被动锁模技术;其次,结合激光增益介质及色散管理技术回顾了Tm3+/ Ho3+掺杂固体和光纤锁模激光脉冲宽度压缩进展;再次,总结了Tm3+/ Ho3+大能量/高功率超快激光技术及进展;最后,对2 μm波段超快激光发展趋势进行了总结和展望。     

超快激光精密制造技术的研究与应用

超快激光以其超短的激光脉冲、超高功率密度、较低的烧蚀阈值、加工超精细及可实现冷加工等特点,近年来受到国际学术界和工程界的广泛关注。本文梳理了超快激光精密制造技术的发展历史,综述了超快激光精密制造技术在表面加工及三维加工领域的工艺研究及应用进展,并介绍了超快激光精密制造装备在国内外的研制情况,对今后超快激光精密制造技术研究的发展趋势进行了探讨和展望。     

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。     

激光相干合成的研究进展:2011—2020

本文回顾了过去10年激光相干合成领域取得的重要进展,总结了可合成激光模块性能提升的标志性成果,梳理了相干合成使能技术取得的重要突破,展示了不同类型激光相干合成取得的成果及其多样化应用,并对激光相干合成领域的发展进行了展望。     

时分复制脉冲放大技术在超快光纤激光器中的应用研究进展

随着高功率超快光纤激光器的迅速发展,时分复制脉冲放大技术近年来获得了广泛的关注。时分复制脉冲放大技术可以通过双折射晶体组或自由空间时延来实现。将时分复制脉冲技放大技术与啁啾脉冲放大、空间分束和光子晶体光纤放大等技术相结合,运用于相干光束合成和非线性压缩,可以提升超快光纤激光器的脉冲能量和峰值功率。文中对时分复制脉冲放大技术在超快光纤激光器中的最新研究进展进行了详细综述,重点分析了时分复制脉冲放大技术在相干光束合成应用中的不同系统结构,并对时分复制脉冲放大技术的优化和发展方向进行了展望。     

用于多光子显微镜超短脉冲激光器的发展动态

介绍基于飞秒脉冲产生机理用于多光子显微镜的先进激光技术。讨论产生多色可调谐光脉冲的几种方法。集成超快光纤激光器被认为是显微技术中的第二代飞秒激光器。利用纤芯和色层中的折射率分布实现光传输控制等先进技术被认为是第三代显微学中的激光技术。光子等的光纤结构可在1m长的光纤中产生超连续光谱。     

高性能单频光纤激光器研究进展:2017-2021（特邀）

单频光纤激光器以其独特的窄线宽、低噪声的激光特性,结合光纤系统高光束质量、高集成性以及免维护等应用优势,在冷原子物理、高分辨光谱分析、引力波探测以及远距离相干通信等前沿科学研究和应用领域具有广泛前景。伴随着光纤激光技术的快速发展,单频光纤激光器的性能在过去的二十年间得到了长足进步,单频光纤激光技术的基本体系逐渐建立。近年来,研究人员围绕高性能单频光纤激光器开展了一系列创新工作,在探索单频光纤激光的新机制、新结构,提升单频激光功率、压缩线宽、抑制噪声以及拓展工作波段等方面取得了不俗的研究成果。为此,笔者系统总结分析了近五年来高性能单频光纤激光器的研究进展,及时捕捉当前单频光纤激光领域研究趋势及所面临的新的发展瓶颈,并对单频光纤激光技术在新阶段的发展方向进行了展望。     

超快光纤激光器中的周期分岔研究进展(特邀)

超快光纤激光器已成为超短脉冲光源的理想选择对象并得到实际应用。由于光束直径受限于光纤截面及光与光纤的长相互作用距离,非线性效应不可避免。在非线性效应导致的脉冲分裂出现之前,在合适的条件下超快光纤激光器可以实现输出的周期分岔。周期分岔是指输出脉冲的参数以腔长的倍数为固定周期重复出现。周期分岔是非线性系统的本征特性之一,广泛存在于所有非线性系统中。文中对超快光纤激光器中的周期分岔的研究进展进行了详细综述,重点分析了不同色散区间周期分岔的表征特性,并对矢量孤子的周期分岔特性,以及多脉冲情况下的周期分岔特性进行讨论。     

高吸收调制下掺铥锁模光纤激光器的数值研究

为了验证饱和吸收体参量对被动锁模掺铥光纤激光器的输出特性的影响,基于耦合Ginzburg-Landau方程进行了数值研究,阐明了掺铥锁模光纤激光器在高调制深度饱和吸收体调制下的时域和频域特性。结果表明,优化选择的高调制深度可饱和吸收体可以有效缩短脉宽,减小时间带宽积。此研究结果对发展稳定、超快中红外超快激光具有指导意义。     

The Spaser Nanolaser

The article presents an overview of a surface plasmon resonance laser. Surface plasmon resonance nanolasers, or spasers, are the smallest lasers yet made, and the device could pave the way toward ultrafast optical computing.     

多光子显微镜用超短脉冲激光器动态

介绍基于飞秒脉冲产生机理的多光子显微镜的先进激光技术。讨论产生多色可调谐光脉冲的几种方法。集成超快光纤激光器被认为是显微技术中的第二代飞秒激光器。利用纤芯和包层中的折射率分布实现光传输控制等先进技术被认为是第三代显微学中的激光技术。光子等的光纤结构可在１ｍ长的光纤中产生超连续光谱。