基于多台阶反射光栅的飞秒脉冲压缩装置

反射式光栅对是一种具有负色散性质的器件,可用于飞秒激光脉冲的压缩和展宽,具有无材料色散的优点。给出了一种基于多台阶反射光栅的脉冲压缩装置。该装置为倍密度光栅结构,由两个周期分别为40μm和20μm的四台阶反射式光栅组成。实验得到的衍射效率可以达到70%以上,输入脉冲经过两个光栅的衍射后会按原路返回,从而达到色散补偿的效果。利用此压缩装置,脉冲宽度为66.8 fs的输入脉冲压缩至接近傅里叶变换极限脉冲,即46.6 fs,由此证明只要多台阶光栅效率足够高,此装置就有可能成为不同于棱镜对进行飞秒脉冲腔内和腔外压缩的另一种途径。     

飞秒激光脉冲的腔外压缩

为了获得更高的时间分辨率,更短的飞秒脉冲,采用双棱镜和一个平面镜结构对飞秒激光脉冲进行腔外压缩,构建了一台二次谐波频率分辨光学开关装置,对谐振腔输出的飞秒脉冲及压缩后的脉冲进行了测量,取得了脉冲压缩前和压缩后的实验数据,压缩前脉冲的宽度为89fs,脉冲的时间带宽积为0.9096,误差为2.4‰,输入脉冲的平均功率约为480mW;脉冲压缩后的测量结果为22fs,光谱宽度为43nm,时间带宽积为0.44203,误差为1.1‰,压缩脉冲的平均功率约为250mW.压缩比为4:1,高于有关文献的报道.结果表明,该装置实现了飞秒脉冲腔外压缩,对获得更短的飞秒脉冲是有帮助的.     

高功率、高质量全保偏光纤飞秒激光放大系统

利用普通大模场面积掺镱保偏双包层光纤作为增益介质,采用啁啾脉冲放大技术搭建了全保偏光纤飞秒激光放大系统。由于全保偏光纤结构,系统具有较高的集成度和长期稳定性。将系统中积累的三阶色散与放大过程中引入的非线性啁啾相互补偿,通过控制展宽光纤的长度,优化了压缩后脉冲质量和宽度。同时分析了周期性光谱调制对放大输出的影响,通过优化保偏(2+1)×1光纤合束器的制作工艺,解决了其引起的周期性光谱调制问题,最终获得重复频率为111MHz,压缩后输出平均功率为9W,对应脉宽为260fs,单脉冲能量为81nJ,保偏比为13dB的高质量飞秒激光脉冲输出。     

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.     

输出大啁啾脉冲的展宽脉冲锁模光纤激光器

报道了一种大啁啾脉冲输出的全光纤展宽脉冲锁模激光器,以非线性偏振旋转(NPR)实现自启动锁模。激光器其余部分为全单模光纤(SMF)结构,提供很大的正色散,光栅对提供色散补偿,输出展宽脉冲。实验中得到了重复频率36.96MHz,单脉冲能量1.81nJ的稳定锁模脉冲序列,使用频谱分析仪观测得到脉冲序列一次谐波信噪比(SNR)达到80dB。直接输出脉冲有很大的正啁啾,脉宽为2.17ps,经过腔外压缩可获得70fs的脉冲。这种能压缩到百飞秒量级的大啁啾脉冲非常适用于光纤啁啾脉冲放大(CPA)系统。     

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。     

静态气体相位匹配高次谐波研究

对低能量飞秒激光脉冲和静态氩气相互作用下产生相位匹配高次谐波进行了实验研究.在激光脉冲能量为0.55 mJ的情况下.获得了转化效率1×10-7的相位匹配27次谐波.分析了高次谐波光谱在不同氩气压强下的蓝移和展宽特性.并且观察到高次谐波的源尺寸在相位匹配条件下明显增大现象.     

基于啁啾脉冲放大的掺铒全光纤结构激光器

为了使全光纤结构啁啾脉冲放大实现超短激光的脉冲输出,采用色散补偿光纤对种子脉冲进行了展宽,利用普通单模光纤来实现放大后脉冲的压缩。对整体激光系统进行了理论分析和实验验证,获得了420fs的超短激光脉冲,平均功率达到1.81W。并利用周期极化的铌酸锂晶体对放大激光脉冲进行倍频,将激光波长拓展到近红外的780nm附近,光谱半峰全宽达到11nm。结果表明,在全光纤结构的掺铒光纤激光系统中,可以通过改变色散光纤的插入量对脉冲展宽和压缩过程中光谱畸变进行有效的控制。这一结果对于实现高功率的全光纤超短脉冲放大系统是有帮助的。     

利用飞秒激光和纳秒激光脉冲加工金刚石

分别利用脉宽在40 fs 和5 ns 的飞秒及纳秒激光脉冲加工了钎焊在不锈钢底板上的金刚石阵列.通过测量加工区域面积和入射激光功率的关系推断出了飞秒和纳秒激光脉冲加工金刚石材料的阈值.实验结果表明,相比于纳秒激光加工,利用飞秒激光加工金刚石的阈值更低.也利用显微镜比较了利用不同种类光源加工金刚石后加工区域的形貌.研究结果证明了利用飞秒激光加工金刚石相比于纳秒激光更为有效.     

基于同心展宽器的飞秒啁啾脉冲放大研究北大核心CSCD

在啁啾脉冲放大(CPA)系统中,时域展宽器与压缩器的匹配是获得高对比度飞秒脉冲的关键。相比较常规的Martinez和Offner结构的展宽器,基于同心结构的展宽器由于物与像完全重合,可以消除像差带来的高阶色散的影响,进而采用光栅对压缩器以获得更好的压缩效果。透射光栅对和凹面反射镜组合实现的同心展宽器具有结构紧凑的优点,将该展宽器替代原有的Martinez型展宽器,在重复频率为1 k Hz、泵浦功率为11.4 W的泵浦条件下,展宽后的啁啾脉冲经环形腔钛宝石再生放大器进行能量放大,再由光栅对进行压缩,可获得脉冲宽度为47.5 fs的压缩结果,接近于光谱带宽22.1 nm的傅里叶变换极限。该结果表明基于透射光栅的同心展宽器可以获得较好的飞秒脉冲压缩效果。     

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。     

Compression of femtosecond optical pulses with dielectric multilayer interferometers

The group velocity dispersion of a multilayer thin film Gires-Tournois interferometer used for reflection of ultrashort optical pulses can be continuously tuned from positive to negative values at an extremely low loss in pulse energy. Thus, this device can be applied for compression of femtosecond pulses independent of the sign of the frequency chirp by simple angle tuning of the interferometer. This has been demonstrated with up-chirped 210 fs pulses which have been compressed to an almost transform-limited duration of 115 fs.     

啁啾补偿飞秒脉冲高效三次谐波产生

中心波长为800 nm、脉宽为60 fs、重复频率为10 Hz的飞秒激光分为强弱两束,能量较强一束经I类相位匹配的BBO晶体倍频,之后与另一束光非共线和频得到三次谐波输出.实验得出基频和倍频光能量达到最佳配比时,三次谐波的转换效率最大;系统输出激光携带一定负啁啾可以补偿色散,提高三次谐波的转换效率.最终,当基频和倍频光的能量分别为2.38 mJ和0.588 mJ,系统输出激光带有9.66×10<'3> fs<'2>的负啁啾时,得到了中心波长为267 nm、单脉冲能量为230μJ的三次谐波输出,其转换效率高达19%.     

基于光子晶体光纤飞秒激光放大器的微纳加工系统

以掺镱大模面积光子晶体光纤(PCF)飞秒激光放大器为光源组建了一套结构紧凑且运行稳定的飞秒激光微纳加工系统,中心波长为1040 nm,重复频率50 MHz,最大平均功率16 W,光栅压缩后脉冲宽度85 fs。利用该套系统在硅片、金属薄膜(Cr膜、Al膜)上演示了微图案的刻划,并与采用重复频率1 kHz的固体钛宝石飞秒激光放大器的加工结果进行对比,发现利用新组建的加工系统进行微纳加工,由于单脉冲能量较小且便于调节,使得刻划微图案时边缘加工效果更容易控制,且避免了加工过程中未加工区域受到的污染,保护了制作衬底。显示了该套系统高重复频率和高平均功率的特性及其在改善微纳加工效果及明显提高加工效率方面的优势。     

载波包络相位稳定的6 fs超快强激光脉冲及其在高次谐波产生中的应用

脉冲宽度40 fs,功率1.1 W的载波包络相位(CEP)稳定的飞秒激光脉冲在充氩气的空芯光纤内由于自相位调制频谱展宽,通过啁啾镜和斜劈补偿色散,最终可获得脉冲宽度为6 fs的载波包络相位稳定的强激光脉冲.将之应用到高次谐波实验中得到了脉冲宽度为500 as的单个阿秒脉冲.     

Optimised one-step compression of femtosecond fibre laser soliton pulses around 1550nm to below 30 fs in highly nonlinear fibre

Optimised compression of femtosecond fibre laser pulses in highly nonlinear fibre is demonstrated. Specifically reported are compressed pulse durations below 30 fs using a simple setup where a single sub-10 cm segment of highly nonlinear fibre is directly spliced to the output pigtail of a commercial femtosecond fibre laser. The compressed pulse quality is confirmed through frequency resolved optical gating measurements.     

脉冲能量对不锈钢表面微观形貌影响规律研究

为了研究空气中飞秒激光脉冲能量对不锈钢表面形成周期性结构的影响规律,采用脉宽为50fs、中心波长为800nm的飞秒激光辐射304不锈钢表面,利用扫描电子显微镜观察微观形貌,分析了不同种类波纹的产生机理。结果表明,脉冲能量在0.1mJ~0.3mJ时,表面形成垂直于激光偏振方向的纳米级周期性波纹;脉冲能量在0.4mJ~0.7mJ时,表面有产生平行于激光偏振方向的周期性波纹的趋势;脉冲能量在0.8mJ~1.0mJ时,表面出现明显的平行于激光偏振方向的微米级大尺度周期性波纹,且波纹表面覆盖着与其方向垂直的短周期性波纹。该研究为后续在不锈钢表面制备可控微观形貌奠定了基础。     

脉宽对飞秒激光烧蚀合金影响的数值模拟

运用结合双温模型的分子动力学模拟方法,研究了飞秒激光与B2结构镍钛合金相互作用的烧蚀机制。采用中心波长为800 nm,能量密度为29.3 mJ/cm2,脉宽分别为50、200、500、1 000 fs激光烧蚀90 nm厚度的靶材,并对靶材底部运用压力传输边界条件,表明传输边界条件能够运用于该数值模拟中。靶材温度、内部压...     

Simultaneous compression and amplification of ultrashort pulses atMHz repetition rates

The authors report simultaneous compression and chirped pulse amplification at megahertz repetition rates of ultrashort pulses using a cavity-dumped dye laser with a pumping argon ion laser as the amplifier. In a single stage, the pulse is compressed by a factor of 25 and the energy per pulse is simultaneously increased by a factor of 2, without reducing the repetition rate. Starting with a pulse that has a duration of 4.3 ps and a peak power of 5.8 kW, a pulse with a duration of 170 fs and a peak power of 294 kW is obtained. A second stage of pulse compression is used to obtain a broadband pulse with a duration >~50 fs and a peak power of ~100 kW at 2 MHz     

LD 脉冲泵浦被动调Q 窄脉冲大能量全固态激光器

利用Nd:YAG/Cr4+:YAG 键合微片激光晶体研制了被动调Q 大能量窄脉冲的全固态激光器,激光器采用脉冲激光二极管泵浦方式,设计了本振级和两级放大结构,分析了激光器系统的自激振荡和其抑制方法,在激光器本振级获得稳定脉冲激光输出的基础上,当两级放大器泵浦电流分别为83A 和85 A 时,获得了最大单脉冲输出能量为120 mJ,脉冲宽度为1.28 ns 的1 064 nm 激光输出,激光通过倍频后可得到65 mJ 的532 nm 绿光输出,其窄脉宽和高光束质量特性可为飞秒激光器啁啾放大提供良好的泵浦源。