拉曼自频移全光量化中的全光纤脉冲宽度压缩器的设计

通过数值求解广义非线性薛定谔方程,研究了由高非线性光纤分别与3M-FS-PM-7811光纤和SMF-28光纤串联构成的全光纤脉冲宽度压缩器在压缩波长为1550nm的红外光脉冲宽度方面的性能.计算结果表明:采用3M-FS-PM-7811光纤的脉冲宽度压缩器所需要的入射功率小,而采用SMF-28光纤的脉冲宽度压缩器输出的脉冲基座小;两种全光纤脉冲宽度压缩器均能将脉冲宽度为2ps的高斯输入脉冲压缩到200fs～300fs.     

基于全固光子带隙光纤中自频移孤子的相干合成产生少周期飞秒激光脉冲

报道了一种基于同一台光纤飞秒激光器的双路飞秒激光相干合成技术,获得脉宽只有4个光学周期(14 fs)的少周期飞秒脉冲。通过数值模拟证明了基于自频移孤子的相干合成为拓宽光谱、窄化脉冲提供了一个很好的方法,是获得少周期飞秒脉冲的可行方案。实验中,一台掺镱光纤飞秒放大系统输出脉宽为62 fs,中心波长为1040 nm的近变换极限脉冲,该脉冲分束后,一束作为基态孤子,另一束耦合到全固光子带隙光纤中产生自频移孤子,通过调整入射脉冲功率等参数获得了中心波长为1150 nm,脉宽为55 fs的近变换极限自频移孤子。将基态孤子与该自频移孤子相干合成,得到了脉宽仅4个光学周期(14 fs)的激光脉冲。     

超短脉冲光纤激光相干合成(特邀)

相干合成技术能够突破单路激光的功率和脉宽极限,实现超高功率、超短脉宽的脉冲激光输出。介绍了超短脉冲光纤激光空域、时域和频域相干合成的基本原理和关键技术。综述了空域、时域和频域相干合成系统及其关键技术的研究现状,梳理了超短脉冲光纤激光相干合成的发展趋势,为相关技术的发展提供参考。     

百微焦飞秒光纤啁啾脉冲放大激光系统

报道了一套基于棒状光子晶体光纤放大器的高脉冲质量飞秒啁啾脉冲放大激光系统。该系统主要由锁模光纤振荡器、脉冲展宽器、脉冲选单单元、脉冲延时单元、掺镱光纤预放大器、棒状光子晶体光纤主放大器以及光栅压缩器组成。通过精细调节展宽器和压缩器中的光栅位置及入射角度优化系统的色散,当输出脉冲的重复频率为500 kHz时,获得了平均功率为51.5 W、单脉冲能量为103μJ、脉冲宽度为251.7 fs的高脉冲质量高稳定性的飞秒激光输出。在1 MHz的重复频率下,获得了平均功率为61.5 W、脉冲宽度为273 fs的高脉冲质量飞秒激光输出;使用偏硼酸钡(BBO)晶体进行非线性频率变换,获得了平均功率超过20 W的517 nm绿光激光输出。     

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。     

1560 nm飞秒激光分离脉冲非线性放大压缩技术研究

介绍了一种基于分离脉冲的掺铒光纤飞秒激光放大技术及光源装置.该光源采用分离脉冲放大技术将待放大种子脉冲先通过偏振复用方式分割成若干个子脉冲,再南光纤主放大器非线性放大和压缩,从而免去了光栅对或者棱镜对的使用.1.55 μm波段分离脉冲放大技术的特点在于不仅可以有效降低飞秒脉冲放大过程中的光谱非线性畸变,实现无基底的时域脉冲输出,而且可以通过管理泵浦光强度和光纤长度对非线性效应和光谱展宽程度进行精细控制.实验上,研究了主放大器在低非线性条件和高非线性条件下的脉冲放大和压缩效果.其中,在低非线性条件下,主放大器直接输出脉冲宽度830 fs,平均功率3W的激光,相应峰值功率为36.1 kW;在高非线性条件下,主放大器直接输出脉冲宽度137 fs、平均功率1.54W的激光,相应峰值功率为112 kW.通过周期极化铌酸锂晶体光学倍频验证了1560 nm飞秒脉冲的对比度,倍频效率最高可达40.3％.     

高斯-谢尔脉冲在单模光纤中的传输特性研究

为了研究高斯-谢尔模型(GSM)脉冲在单模光纤中的传输特性, 采用相干函数传播分析法推导出GSM脉冲经单模光纤传输后输出脉冲的时间相干函数解析表达式, 在此基础上分析脉冲宽度、相干时间和功率谱等特征量的变化, 并推导出在远端条件下单模光纤的时域广义范西特-泽尼克定理。结果表明, GSM脉冲在单模光纤中的传输存在功率谱和全局相干度两个守恒量, 且二者是一致的。该研究结果对激光传输领域具有一定的理论和现实意义。     

基于多层薄板的全固态高能量飞秒激光脉冲非线性压缩技术

基于掺Yb³⁺光纤和掺Yb³⁺晶体的飞秒激光器输出的飞秒激光脉冲具有较高的脉冲能量和平均功率,被广泛应用于科研和工业生产;但受Yb³⁺增益介质增益带宽的限制,输出脉冲宽度很难小于300 fs。利用飞秒激光脉冲在多层薄板中的自相位调制效应,分别对基于掺Yb³⁺光纤和掺Yb³⁺晶体的飞秒激光器输出的飞秒激光脉冲进行非线性压缩。通过优化非线性压缩装置的各项参数,实现了对低能量、窄脉宽和高能量、宽脉宽脉冲的非线性压缩,分别获得了脉冲能量为64μJ、脉冲宽度为42 fs和脉冲能量为315μJ、脉冲宽度为79 fs的飞秒激光脉冲输出,第一级非线性压缩效率均超过80%,整体压缩效率分别为53%和65%。     

高能量飞秒脉冲掺Er3 光纤激光器

为了从反常色散光纤构成的飞秒锁模掺Er^3＋光纤（EDF）激光器获得高能量锁模脉冲，提出了采用集总放大器和高损耗耦合输出器有机组合的办法来设计激光器腔体。实验结果表明，该方法能有效地减小降低腔内脉冲能量周期性波动，抑制频谱边带幅度，提高飞秒脉冲高能量及其频谱宽度。采用非线性偏振旋转机制进行锁模，成功获得谱线宽度为18．0nm、重复速率为14．0MHz、脉冲宽度约200fs、单脉冲能量超过1nJ稳定锁模光脉冲，并且激光器自启动锁模泵浦阈值小于20mW。     

基于中空光子带隙光纤的飞秒激光脉冲压缩

利用中空光子带隙光纤(HC-PBGF)对光子晶体光纤飞秒激光器输出的激光脉冲进行腔外再压缩.激光器输出的脉冲中心波长为1040 nm,脉冲宽度为475 fs,平均功率为400 mw,单脉冲能量为8 nJ.通过白光干涉法测量可中空光子带隙光纤的色散参数为-48 ps2/km,并利用截断实验得到了所用光纤的最优化长度,压缩后获得的最短脉冲宽度为108 fs,接近变换极限,传输效率为89%.由于该光纤纤芯的非线性系数较低,脉冲在其中传输无非线性效应,压缩后输出光谱保持不变.     

利用快速相位反馈控制输出变换极限飞秒激光脉冲

报道了利用简化的频率分辨光学开关法快速测量飞秒激光脉冲,并形成反馈,控制液晶空间光调制器,补偿非线性光纤飞秒激光放大器输出脉冲的啁啾,获得了脉冲宽度74 fs的变换极限脉冲。     

两路纳秒脉冲光纤激光相干合成的实验研究

报道了两路纳秒脉冲光纤激光的相干合成(CBC)实验。利用主振荡功率放大(MOPA)结构搭建两路全保偏光纤激光放大器,利用随机并行梯度下降(SPGD)算法对两路放大器进行相干合成,获得了重复频率10MHz、脉冲宽度10ns、平均功率50mW的脉冲激光输出。系统闭环时目标圆孔内能量提高了1.76倍,远场光斑条纹对比度提高了4.38倍。     

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。     

频率分辨光学开关法测量飞秒脉冲

阐述了频率分辨光学开关法测量飞秒脉冲的原理,详细分析了模式尺寸效应和非线性效应对飞秒脉冲测量的影响.构建了一台用于飞秒脉冲测量的二次谐波-频率分辨光学开关装置,利用该装置对谐振腔输出的飞秒脉冲及压缩后的脉冲进行了测量.得到了飞秒脉冲的时间宽度及光谱宽度、电场及其相位在时域和频域的详细信息.谐振腔直接输出脉冲的时间宽度为56 fs,光谱宽度为27 nm,时间带宽积为0.686,算法中的最小误差为0.001792.脉冲压缩后的测量结果为27 fs,光谱宽度为92 m,时间带宽积为1.27,算法误差为0.0093289.     

基于准相位匹配的掺铒飞秒光纤激光器倍频特性研究

研究了不同厚度周期极化铌酸锂晶体(PPLN)对掺铒飞秒光纤激光器倍频特性的影响。基于非线性偏振旋转锁模原理和啁啾脉冲放大技术,在1560 nm波段实现了重复频率为100 MHz,输出功率为423 m W,脉冲宽度为80 fs的掺铒飞秒光纤激光输出。以此为基频光源,对0.5,1,10 mm三种不同厚度PPLN倍频晶体进行倍频特性研究,实现了波长在780 nm的飞秒激光输出。其中采用0.5 mm晶体时获得了功率为100.4 m W、脉冲宽度为104 fs的倍频光输出,倍频转换效率为23.7%;采用1 mm晶体时获得了功率为165.0 m W、脉冲宽度为161 fs的倍频输出,倍频转换效率为39%;采用10 mm晶体时获得了功率为185.5 m W,脉冲宽度为305 fs的倍频光输出,倍频转换效率达43.7%。并解释了倍频转换效率和倍频光脉冲宽度随PPLN晶体厚度的变化规律。实验数据为基于锁模光纤激光器产生780 nm波段飞秒光脉冲的研究提供了有益的参考。     

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。     

色散渐减光纤中产生优质自相似脉冲的研究

从非线性薛定萼谔(NLS)方程出发,介绍了色散渐减光纤中抛物线脉冲的自相似传输原理以及输出的自相似脉冲的特性.研究不同的g0(色散增益系数)、不同时域包络的初始输入脉冲、不同的初始脉宽对自相似脉冲产生的影响,利用数值模拟结果对色散渐减光纤中影响自相似脉冲形成的参量进行分析,为在色散渐减光纤中产生高质量自相似脉冲的优化设计提供理论依据,发现输入具有较大g0和T0的双曲正割脉冲可以在较短的光纤长度上就获得高功率、强线性啁啾和宽频谱的抛物线型自相似脉冲,同时对自相似脉冲进行补偿时,所需的补偿光纤长度明显缩小,且可得到80fs量级的高质量压缩脉冲.     

高功率飞秒脉冲光纤激光系统

基础科学研究和超精细工业加工领域的发展迫切需要高重复频率、高功率的飞秒脉冲激光。采用啁啾脉冲放大技术,以掺镱双包层光子晶体光纤作为增益介质,搭建了高平均功率飞秒脉冲光纤激光系统。系统包括被动锁模振荡器、脉冲展宽器、单模光纤预放大器、光子晶体光纤功率放大器和脉冲压缩器5部分。实验上获得了重复频率40 MHz、平均功率150 W、脉冲宽度273 fs的超短脉冲输出。整个系统置于3 m×1.5 m的光学平台上,通过模块化和集成化的改进,该系统体积有望大幅度减小,为科学研究和工业应用提供有力工具。     

利用DCF,DSF和ED-NALM获得无基座超短光脉冲的设计方案

提出了一种利用色散补偿光纤(DCF)、色散位移光纤(DSF)和非线性掺铒光纤放大环镜(EDNALM)对增益开关分布反馈(GSDFB)半导体激光器产生的啁啾光脉冲进行压缩的方案。数值模拟的结果表明,利用此方案可将GSDFB半导体激光器产生的脉冲宽度(半极大全宽度)为30ps的啁啾光脉冲压缩为180fs的无基座超短脉冲。     

双SESAM被动锁模超短脉冲光纤激光器

针对基于半导体可饱和吸收体（Semiconductor Saturable Absorber Mirror,SESAM）被动锁模光纤激光器脉冲底座宽和脉冲能量小的问题展开研究,设计了一种线型腔结构的双SESAM锁模超短脉冲光纤激光器。首先,通过增加SESAM个数的方式使得光脉冲在谐振腔中的一个振荡周期内多次经过可饱和吸收体,有效增加了可饱和吸收体对光脉冲前后沿的吸收,抑制了因泵浦功率过大而产生的调Q锁模效应,有助于压缩脉冲宽度、提高单脉冲能量,摆脱了因SESAM调制深度较低而对压缩脉冲宽度和提高单脉冲能量造成的限制。其次,通过在系统中引入一段正色散光纤,降低了因峰值功率过高而引起的非线性效应,进一步提高了脉冲能量。最后,在相同调制深度及饱和通量条件下,与单SESAM锁模相比,双SESAM锁模光纤激光器输出脉冲宽度由693 fs降低到449 fs,缩短了35.2%,脉冲能量由2.92 nJ提高到5.31 nJ,上升45%。