对撞锁模半导体超短光脉冲的产生

锁模(mode-locking)技术是1964年发展起来的。利用这种技术,尤其是对撞锁模CPM(colliding-pulse mode-locking)可以产生皮秒(10~(-12)s)甚至飞秒(10~(-15)s)量级的超短脉冲,这对于物理化学以及分子弛豫过程的超高速现象的研究具有决定性的意义。随着半导体技术在光纤通讯、电光采样、时钟信号等光电子学领域的飞速发展,迫切需要一种宽度窄、频率高的半导体激光脉冲光源。为此投入了大量的研究。常用的半导体超短光脉冲技术包括Q开关、增益开关、锁模技术等。无论在理论上还是实践上,脉宽最窄和重复频率最高的脉冲,都是由锁模技术得到的。1990年,Chen等人首次报道了利用微波调制的对撞锁模技术,在单片集成InGaAsP量子阱激光器上得到脉宽1.4ps,重复频率32.5GHz的超短脉冲。本文报道了利用对称三段式结构的InGaAsP量子阱激光器,在无调制情况下获得脉宽5.0ps,重复频率38.5GHz的超短光脉冲。     

自锁模钛宝石激光器中的脉冲压缩

自锁模钛宝石激光器1991年问世以来,已取得了巨大的进展。由于其激光频谱范围宽,能够产生短的脉冲,输出功率高和工作稳定等优点而受到人们的青睐,获得广泛应用。我们在1994年自行研制的自锁模钛宝石激光器获得50fs的基础上,经过改进,由此激光器获得了19fs的激光脉冲。本文将介绍这一激光器中脉冲压缩的实验研究。 1 实验 钛宝石激光器能够自锁模产生超短脉冲的原理是利用钛宝石激光晶体中的光克尔(Kerr)效应产生自聚焦与自相位调制(SPM),使激光工作频谱展宽。由激光锁模原理可知,工作频谱△v越宽,能得到的锁模脉冲宽度△t便越窄。然而,工作频率越宽,激光器腔内元件引起的群速度色散(GVD)又会使脉冲增宽,限制了脉冲的进一步压缩。为此,人们在腔内装置了群速度补偿棱镜对,使其能产生短的脉冲。由上述可知,要使钛宝石激光器产生短脉     

KLM钛宝石激光器产生亚10 fs光脉冲

在改进的克尔透镜锁模钛宝石激光器中，选择谐振腔工作在下稳区的上边界附近，利用克尔介质软光阑中腔模半径随光功率增强而增大，而不是缩小的增益调制效应实现自锁模，减弱了频率依赖的腔模尺寸效应与增益饱和效应对频带展宽工的限制，同时，采用宽带腔镜和棱镜对群速度色散补偿等技术。在710nm附近获得了8.5fs的脉冲输出，该脉冲频谱半宽度92nm。平均功率220mW。     

高脉冲能量大模场面积光子晶体光纤飞秒激光器

报道了一种支持高单脉冲能量输出的被动锁模飞秒光纤激光器. 该激光器使用具有极低非线性系数的掺Yb³⁺双包层大模场面积偏振光子晶体光纤作为激光增益介质, 具有很好的环境稳定性. 激光器基于线形腔结构, 没有色散补偿, 利用半导体可饱和吸收镜 (SESAM)实现自启动锁模, 获得了平均功率为2.5 W, 重复频率为51.4 MHz (对应于50 nJ的单脉冲能量), 脉冲宽度为4.2 ps的稳定的连续波锁模脉冲输出. 经腔外色散补偿, 脉冲宽度压缩至410 fs. 当激光器输出功率比较低时, 脉冲成形由SESAM的非线性吸收决定, 而在高功率输出的情况下, 激光器的锁模运转主要取决于自相位调制展宽光谱与增益带宽的限制之间的平衡.     

多芯光子晶体光纤锁模过程的数值模拟

从线性耦合的非线性薛定谔方程组出发, 数值模拟了利用可饱和吸收镜启动多芯光子晶体光纤激光器锁模的建立过程. 由于初始自发辐射的随机性, 可饱和吸收镜在多个芯中提取的初始脉冲也具有很大的随机性. 针对两种脉冲建立的可能初始情况, 即只在一个纤芯中先提取出脉冲与同时在多个纤芯中提取出脉冲, 对多芯光子晶体光纤作为锁模激光器增益介质的机理进行了详细的模拟. 模拟结果表明, 要想同时锁定多个纤芯的所有纵模频率, 不仅需要纤芯之间具有较强的耦合, 而且在可饱和吸收镜提取出的多个初始脉冲时延较大时, 在Talbot腔结构下, 端镜反射使得各个纤芯出射光束相互交叠也是建立稳定锁模过程必须的.     

耗散孤子光纤激光器的研究进展和应用

光纤激光器以高光束质量、高效率、高集成、高可靠性等特点给科学研究和技术应用带来了巨大的影响.超短高能量脉冲光纤激光器在通信、传感、精密机械加工、材料处理、超快诊断、生物医学和国防军事等领域均有重要的应用.如何提高激光脉冲的功率和能量,掌握和利用超短脉冲光纤激光的复杂非线性,开展大功率、高能量、超宽带全光纤超短脉冲激光应用的关键技术研究,成为光纤脉冲激光新现象、新方法和实现技术体系突破的重大科学问题.本文简要总结了近年来国内外关于锁模光纤激光器研究的一些关键技术和重要成果,分析了各类激光器及所产生脉冲的优缺点,并介绍了过去几年中我们对如何提高光纤脉冲激光器性能和实现新型脉冲的研究成果.重点讨论了不同色散区内光纤激光器的典型行为特征,从理论与实验两方面揭示了传统孤子和多种耗散孤子的产生机理、输出特性及其演化规律.此外,还介绍了几种新型的高能量无波分裂脉冲.本文的成果可为进一步研究新型高能量脉冲提供有益的理论及实验基础.通过这些介绍和讨论,期望同行能够共同研究和探索基于新型锁模技术超短超强脉冲的新现象和新机理,并且在超短高能量脉冲的极端非线性科学问题上获得新认识.     

InGaAs/InP半导体激光器自锁模特性的研究

Ｓｐｅｎｃｅ[1]在掺钛蓝宝石激光中实现了自锁模,它的诞生,使超短脉冲激光进入了新阶段.近年来,Ｃｒ4 :ＹＡＧ,Ｃｒ:ＬｉＳｒＬＦ6等固体材料也实现了激光的自锁模运转。无论是以ＩｎＧａＡｓ/ＩｎＰ量子阱材料[2,3]或ＩｎＧａＡｓ/ＩｎＰ体材料为激活介质,在外腔工作条件下,采用锁模Ｎｄ:ＹＡＧ(1.3μｍ)激光同步泵浦,都曾获得高功率窄脉冲运转,这里介绍一种ＩｎＧａＡｓ/ＩｎＰ体材料在连续的Ｎｄ:ＹＡＧ激光泵浦下,采用外腔结构实现自锁模运转的实验结果,我们所使用的实验装置结构是如图1(ｂ)所示的外腔面发射ＩｎＧａＡｓ/ＩｎＰ半导体…     

高重复频率被动锁模的掺Er光纤激光器

为满足现代众多科学应用领域对低时域抖动、高重复频率飞秒光纤激光器的需求, 在实验基础上解决了若干技术难点, 并利用非线性偏振旋转(NPR)锁模原理, 成功得到了重复频率在100 MHz以上自由运转被动锁模的掺Er飞秒光纤激光器. 激光器输出脉冲的重复频率为101.94 MHz, 输出平均功率34 mW, 光谱谱宽25 nm, 傅里叶变换受限输出脉冲宽度为105 fs.     

自锁模钛宝石激光脉冲频谱的多峰结构

从自相位调制和四波混频过程两方面等价地解释了自锁模钛宝石脉冲在超宽带宽时出现的频谱多峰结构。由此得出一个翻来覆去结论：频谱多峰结构出现与否正是判断自锁模激光器腔内群色散补偿是否接近完全的标记。     

掺铒光纤激光器中增益支配光孤子的被动谐波锁模

报道了在全正色散掺铒光纤激光器和工作在正色散区的掺铒光纤激光器中产生的增益支配光孤子的被动谐波锁模实验观测结果, 产生的增益支配光孤子具有陡峭的光谱边缘, 实现了超模抑制大于35 dB的增益支配光孤子的被动谐波锁模.     

一种新的锁模技术

本文首次报道一种新的锁模技术——正反馈锁模,一种响应时间快而无雪崩过程,深能级掺杂的GaAs(掺Cr)光电导开关用来驱动普克尔盒实现锁模,这种光电导开关的暗电阻比本征单晶硅高近6个数量级,可达10~9Q,因此能承受几千伏直流高压长期工作,我们利用     

脉冲啁啾对干涉相关测量影响的研究

常规二次谐波强度相关技术曾经有效地被用于皮秒、亚皮秒光脉冲的测量。但是,碰撞锁模和脉冲压缩技术的发展,使脉宽达到数十飞秒(fs)、甚至几飞秒;人们对常规测量法测量如此短的持续时间是否还有足够的精度表示关注。在我国首次实现30fs和得到脉冲的干涉相关(即位相相关)曲线后,提出了利用该曲线测量飞秒脉冲可得到更高精度的思想。这一思想的发展便是“等值宽度法”和“计算机处理法”。与此同时,Fork等将脉宽压缩到6fs并     

增益介质的斯塔克分裂和窄带激光自锁模

最近,上海光机所耿继宏等在CuBr激光器的实验中获得了高稳定性的激光自锁模脉冲,该激光器的结构特别简单,只需在腔内加一小孔滤掉高阶横模即可。进一步的研究表明:自锁模脉冲的光谱有时会出现双峰     

75 fs全光纤超短脉冲激光器

报道了利用光纤非线性偏振旋转锁模方法, 使用正常色散的高掺铒光纤提供高增益的同时, 补偿谐振腔中普通单模光纤的反常色散, 在展宽脉冲光纤环形激光器中直接产生了75 fs的超短脉冲输出. 在125 mW的抽运光功率下, 其平均输出功率大于15 mW, 重复频率为25.9 MHz, 光谱宽度达到53 nm, 同时输出脉冲的能量也获得了极大的提高, 单脉冲能量达到0.6 nJ. 该激光器操作简单, 在锁模情况下运行稳定, 其全光纤结构更有利于小型化和便携化.     

腔色散不共轴效应与超宽带频谱飞秒脉冲

在理论和实验上研究了KLM钛宝石激光器中腔色散不共轴效应对腔内频谱展宽的影响, 发现当激光器亚腔工作在谐振腔下稳区共轴点附近时, 腔色散不共轴效应对腔内频谱展宽的限制被减弱, 有利于产生宽带频谱. 基于此理论, 在自建的钛宝石自锁模激光器上产生了从650~1000 nm超宽带频谱, 是目前采用钛宝石晶体长度为3 mm的类似腔结构的钛宝石激光器所产生的最宽频谱.     

用PTP和萘作饱和吸收体的XeCl激光器高效率被动锁模

从准分子激光器可以用被动锁模技术直接产生短脉冲。最近Watanabe等(Appl.Phys.Lett.,43(1983),533)报道了采用BBQ和BPBD作为饱和吸收体的被动锁模XeCl激光器。他们采用的是由与全反射片组合在一起的染料池和一块部分反射镜组成,在染料池前面有一个聚焦透镜以提高染料池上的光强。他们的实验结果表明为了达到有效的     

CPM激光器的新进展——18飞秒

1 引言自80年代以来,对碰脉冲锁模环形染料激光器(CPM)是人们用以产生飞秒级(fs)激光脉冲的主要激光器。虽然近年来,掺钛蓝宝石激光器在产生飞秒脉冲方面显示了其诱人的优越性,得到了迅速的发展,但CPM激光器由于其技术和设备比较成熟,材料元器件比较容易获得,不易损坏,性能稳定等优点,仍然受到人们的重视,成为飞秒技术和应用研究的重要工具。     

叶绿素d激光器

叶绿素d可从参与光合作用的主要色素之一——叶绿素a氧化而得.了解叶绿素d的光物理性质,有助于探讨叶绿素在光合作用原初过程中所起的作用.叶绿素d在无水乙醇中有几个吸收峰,其主峰在690nm附近,荧光发射峰在710nm附近(图1).以前我们将叶绿素d无水乙醇溶液成功地用于红宝石激光器的Q开关,同时也用于红宝石激光器的锁模.最近我们用叶绿素d无水乙醇溶液,在经Q调制的红宝石激光束泵浦下,成功地制成了叶绿素d染料激光器.     

光声光谱在分析化学中的应用

调制光脉冲在吸收介质中转变为声脉冲的过程,称为光声效应。这种效应的机理,就是在没有萤光或光化学反应时,试样所吸收的光量子通过非辐射过程衰变为热脉冲,并以声的形式出现。利用光声效应的检测方法是十分灵敏的,它可以分析气体、液体和固体中的痕量杂质。由于信号正比于被吸收的光功率,因此,光声检测法最好用激光激发,它是萤光检测法的补充。正象萤光分析法一样,这种方法在出现高功率激光器之后,才被充分应用。目前它在检测气体痕量元素     

直波导耦合输出AlGaInAs多量子阱环形激光器研究

采用InP基InAlGaAs多量子阱激光器外延材料结构, 利用感应耦合等离子体(ICP)干法刻蚀技术和聚酰亚胺介质平坦化工艺, 研制了多量子阱半导体环形激光器样品. 该器件通过加正偏压的环形结构谐振腔实现光激射, 然后借助紧邻的直线波导耦合将光信号输出. 环形谐振腔直径为700 μm, 波导宽度为3 μm. 用光纤对准直线波导端口耦合测试了环形激光器的光功率-电流特性曲线和激射光谱, 其阈值电流为120 mA, 在注入电流160 mA时从直波导耦合输出得到激射光谱的中心波长为1602 nm, 并结合光功率-电流特性曲线对环形激光器中的工作模式进行了初步分析.