二极管抽运全固态飞秒Yb激光振荡器

二极管抽运的全固态锁模Yb激光器能够在1μm附近输出高平均功率窄脉冲宽度的飞秒激光,在超快非线性频率变换、飞秒光学频率梳、超快光谱学等领域具有重要应用。利用被动锁模技术和克尔透镜锁模技术,人们在一系列新型Yb掺杂激光介质中实现了飞秒锁模激光运转。介绍了近年来在二极管抽运全固态飞秒Yb激光器的研究进展,并展望了进一步提高输出功率和缩短脉冲宽度的技术途径及发展前景。     

C+L波段掺铒光纤被动锁模激光器

提出并证明了一种宽光谱被动锁模掺铒光纤激光器,为光学频率梳和光纤飞秒脉冲的产生奠定了基础。该激光器基于非线性偏振旋转的锁模机理,同时在大的正常色散区合理地将C波段和L波段掺铒光纤结合,确保激光器具有C+L波段的增益谱覆盖。当泵浦功率为350mW时,脉冲稳定的以基频4.32MHz运转,3dB带宽为60nm,20dB覆盖了1522~1630nm,实现了增益带宽内光谱的完全覆盖。这种利用增益拼接加宽光谱的方法可以有效避免光谱成分的非线性相位噪声,并且有利于进一步压窄脉冲。     

1015～1080nm可调谐保偏光纤耗散孤子锁模激光器

实验研究了基于非线性放大环形镜锁模的全正色散可调谐锁模光纤激光器,激光器采用由主环路和非线性放大环形镜环路构成的"8"字腔全保偏结构。通过调节两环路的抽运功率,在1030nm处获得了脉宽为17.61ps,重复频率为4.133 MHz,平均功率为2.151mW的稳定锁模激光输出。通过调节可调谐滤波器,在控制激光器工作波长的同时滤波形成全正色散耗散孤子,实现了1015~1080nm可调谐稳定锁模激光输出,脉冲宽度变化范围为7.86~17.80ps。     

全正色散非线性放大环形镜保偏掺镱光纤激光器

基于非线性放大环形镜,设计了一种全正色散掺镱光纤锁模激光器。在抽运功率为80 mW的情况下,该掺镱光纤锁模激光器可以实现平均功率为7.8 mW的稳定输出。输出激光脉冲的重复频率为9.9 MHz,中心波长为1064 nm,脉冲宽度约为18 ps,相应的光谱宽度为0.18 nm。该激光器具有结构简单、自启动、稳定性高的优点。     

基于孤子自压缩的高功率少周期2 μm激光产生（特邀）

具有少周期量级脉冲宽度的高功率2 μm波段超快激光在非线性频率变换、激光光谱学以及医疗等领域有着重要且广泛的应用。利用高功率2 μm超快光源驱动孤子自压缩是产生高功率少周期2 μm激光的一种有效方法。文中利用自建的2 μm Ho:YAG锁模碟片振荡器作为种子源,在大模场光子晶体光纤中进行光谱展宽并实现孤子自压缩,最终获得了平均功率为10.2 W、脉冲宽度为3个光学周期的2 μm激光输出。实验采用FROG对输出脉冲的宽度和光谱进行测量,并与波长计测量的光谱以及理论模拟的结果进行了比较,验证了实验结果的准确性。     

大模场面积光子晶体光纤全正色散自相似锁模激光器

通过数值模拟和实验研究了一种基于大模场面积光子晶体光纤的高功率全正色散自相似锁模激光器。激光器采用长为1.9 m的掺镱双包层大模场面积光子晶体光纤作为增益介质,腔内没有引入色散图,整个激光器工作在全正色散域。激光器采用环形腔结构,利用非线性偏振旋转锁模和一个窄带高斯滤波器实现了稳定的自相似锁模运转。实验最终获得了直接输出平均功率为5 W,重复频率为72 MHz,单脉冲能量超过69 n J,脉冲宽度为1.699 ps的自相似锁模脉冲输出,经过腔外1200 line/mm的透射光栅对压缩后脉宽为84 fs。激光器可以实现自启动锁模,光束质量因子M2为1.41。     

基于宽带高反镜色散补偿的高功率克尔透镜锁模飞秒激光器

半导体激光器泵浦的高功率飞秒激光器在工业加工和生物医学等领域中均发挥着重要的作用。一般而言，无论是被动锁模飞秒激光器还是克尔透镜锁模飞秒激光器，都需要在腔内引入一定的负色散平衡自相位调制，产生稳定的飞秒孤子。特别是随着平均功率的增加，腔内自相位调制增强，需要更多的负色散量进行平衡。常用的色散补偿器件有棱镜对、啁啾镜以及GTI(Gires-Tournois interferometer)镜等，棱镜对导致振荡器结构复杂，而啁啾镜和GTI镜的价格较为昂贵。实现了基于宽带高反镜色散补偿的高功率克尔透镜锁模运转，在泵浦功率为18 W时，利用Yb∶CYA晶体获得了平均输出功率为3.6 W、脉冲宽度为92 fs、100 min功率稳定性均方根值（RMS）为0.46%的稳定锁模脉冲，有利于进一步降低高功率飞秒激光器的成本。     

高重复率全光纤被动锁模飞秒激光产生研究

报道了高重复频率全光纤被动锁模飞秒激光产生的实验研究,采用全光纤环形腔结构和非线性偏振旋转可饱和吸收被动锁模机理实现了100MHz级掺铒光纤锁模飞秒激光的稳定运转,最高重复频率为99.91MHz,光谱带宽为25nm,中心波长为1570nm,脉宽最短为194fs,实验同时研究了在不同重复频率下的全光纤被动锁模激光器运转动力学特性。研究为高重复频率飞秒光纤激光器在光频梳产生技术中的应用提供了高集成、高稳定超快光源技术途径。     

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。     

色散管理光纤锁模激光器在近零色散域的非线性优化

目前,飞秒激光脉冲因脉冲宽度窄和峰值功率高的特点被广泛运用在多种领域中。其中,色散管理光纤锁模激光器因其特有的腔内呼吸机制使输出的激光脉冲能量更高,光谱更宽、脉宽更窄。使用啁啾布拉格光纤光栅进行色散管理的光纤锁模激光器能够实现真正的全光纤结构,提升激光器的紧凑性和稳定性,因此基于啁啾布拉格光纤光栅进行色散管理的光纤锁模激光器具有更加实际的应用意义。采用数值模拟的方法,研究了基于啁啾布拉格光纤光栅进行色散管理的掺镱光纤锁模激光器中单模光纤在腔内的不同分布对脉冲动力学过程和输出脉冲参数的影响。系统分析了谐振腔内净色散值不同时,腔内单模光纤的分布对脉冲在腔内的动力学过程的影响。模拟结果表明,在腔内净色散值为负时,啁啾布拉格光纤光栅与增益光纤间的单模光纤越短,光纤激光器维持稳定单脉冲运行的最大泵浦强度更高且输出光谱更宽,从而能够获得脉宽更窄的去啁啾脉冲;腔内净色散值越接近零时,啁啾布拉格光纤光栅与增益光纤间的单模光纤长度对输出脉冲参数作用的影响越显著;腔内净色散值为正时,单模光纤在腔内的分布对输出脉冲影响逐渐减弱,优化单模光纤分布提升锁模激光器性能并不明显。最后,提出了一种通过改变单模光纤在腔内的分布来提高激光器输出性能的优化方法。     

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。     

基于色散波的1μm飞秒光纤啁啾脉冲放大系统

飞秒激光在工业加工、激光传感、军事国防、科学研究等领域有着重要的应用前景。报道了一个工作在1μm波段的飞秒光纤啁啾脉冲放大(FCPA)系统。该系统主要包括一个1.5μm全光纤被动锁模光源、一个1μm波段非线性频率转换装置、两级掺镱光纤放大器及一个基于透射式衍射光栅对的脉冲压缩器。掺铒锁模光源中心波长为1.55μm、3dB光谱带宽为12.9nm、重复频率为17.5MHz,经功率放大后注入一段9.5cm高非线性光纤中产生1μm波段色散波,其中心波长为1070nm,3dB光谱带宽为33nm。将此色散波脉冲作为种子源通过声光调制器选频后得到重复频率为1.09 MHz的脉冲输出。随后功率放大至11.4 W,压缩后得到平均功率为7.7 W、10dB光谱宽度为21.4nm、脉冲宽度为270fs、峰值功率为26 MW的飞秒脉冲激光输出。     

1 015~1 046 nm可调谐飞秒掺镱光纤激光器

近年来,超快掺镱锁模光纤激光器由于其转换效率高、操作方便、免维护、尺寸紧凑等优点,被广泛应用于工业加工、医疗外科、多光子成像等领域。在激光器中补偿群速度色散是获得皮秒甚至飞秒脉冲的有效方法。通过利用光栅对与光谱滤波器,实现了对激光波长、腔内色散和光谱宽度的灵活调节。该激光器能输出稳定的锁模脉冲,对应的基本重复频率为19.41 MHz。在+ 0.0127 ps2色散时中心波长1015~1037 nm可调;在+0.007 ps2色散时中心波长1015~1045 nm可调以及在?0.0127 ps2色散时中心波长1020~1046 nm可调。同时,当净腔色散从反常色散到近零色散变化时,光谱带宽可从1.40 nm调到19.38 nm,对应的压缩后脉冲宽度可从1.03 ps调至175.9 fs。该方案具备连续调整激光器状态的能力,有望用于高功率大能量飞秒激光前端,可以满足对激光器有多种谱宽及波长的应用需求。     

功率4.1 W，脉宽48 fs，重复频率74 MHz的掺钛蓝宝石飞秒激光振荡器

基于克尔透镜锁模机制，实现了掺钛蓝宝石飞秒激光振荡器的高平均功率和短脉宽输出。使用功率为16 W、波长为532 nm的连续光进行泵浦，使用高折射率的棱镜对进行色散补偿，同时使用狭缝辅助锁模，实验获得了平均输出功率为4.1 W、脉冲宽度为48 fs、重复频率为74.15 MHz的飞秒脉冲。相比当前同类型激光器参数（20 W泵浦光下输出功率为4 W，脉宽为130 fs，重复频率为76 MHz的飞秒激光），功率提升了2.5%，光-光转换效率提高了28%，脉宽缩短了63%，峰值功率提升了2.8倍。     

亚皮秒L波段掺铒全光纤锁模激光器

报道了一种L波段的高功率亚皮秒掺铒光纤激光器。在全光纤环形腔内熔接2个偏振控制器(PC)和偏振相关的光隔离器(ISO),基于非线性偏振旋转锁模原理实现了全光纤结构锁模激光脉冲输出。输出激光的中心波长为1603nm,脉冲重复频率为37.8 MHz,单脉冲能量为4nJ,平均输出激光功率为152mW。对此全光纤锁模激光器进行合理的色散控制,可得到脉冲宽度为370fs的锁模激光输出。实验中使用高掺杂浓度的掺铒光纤,有效减少了其使用长度,提高了抽运转换效率,实现了结构简单紧凑、性能稳定可靠的L波段亚皮秒光纤激光器。     

可调谐全正色散掺镱光纤激光器

利用相位长周期光纤光栅作为光谱滤波器,熔接于全正色散掺镱光纤激光系统中,从而实现了具有波长可调谐的连续激光输出和被动锁模激光脉冲输出,可调谐激光波长范围分别为11.4 nm和10.5 nm.通过调节偏振片改变激光腔内的偏振状态,输出锁模脉冲实现脉冲宽度的可调谐,其调谐范围为3.6~1.2 ns.在530 mW的最大泵浦功率下,得到了重复频率为2.5 MHz、最大单脉冲能量为38.9 nJ的锁模脉冲输出和最大输出功率为124 mW的连续激光输出.     

飞秒染料激光器中啁啾和色散特性的实验研究

本文描述了可调谐飞秒染料激光器的腔体结构和运转特性.研究了脉宽、稳定性、色散和自相位调制之间的关系,实现了25飞秒的超短光脉冲的锁模运转.     

基于氧化石墨烯与半导体可饱和吸收镜的锁模飞秒掺铒光纤激光器

分别将氧化石墨烯可饱和吸收镜(GOSAM)与半导体可饱和吸收镜(SESAM)作为可饱和吸收体,在同一掺铒光纤激光器中均实现了全光纤结构、稳定的锁模飞秒脉冲输出。实验用抽运源为中心波长974 nm的半导体激光器,抽运1.4 m长的吸收率为7 d B/m的掺铒光纤,谐振腔总腔长约为12 m。以GOSAM作为可饱和吸收体,当抽运功率为29 m W时,激光器产生稳定的锁模脉冲输出,脉冲宽度最窄为703 fs,光谱中心波长为1557.67 nm,3 d B带宽为3.91 nm。使用调制深度为18%的SESAM作为可饱和吸收体,当抽运功率为32 m W时也可得到锁模脉冲,脉冲宽度为542 fs,光谱中心波长为1561.5 nm,3 d B带宽为5.41 nm。实验表明,新型激光锁模器件氧化石墨烯的可饱和吸收效应可与SESAM媲美,且兼具价格低廉、制备简单的优势,在实现超短脉冲运转方面具有广阔的实际应用前景。     

主动锁模飞秒光纤激光器

报道了主动锁模飞秒脉冲掺Er3 光纤激光器的实验结果。在光纤环形腔中通过引入粗波分复用器(CWDM)作为宽带滤波器,实现了中心波长在1550 nm,重复频率为2.5 GHz,谱线3 dB带宽为10.2 nm(对应的脉冲宽度为247 fs)的激光脉冲输出。此时的抽运功率为186 mW,激光器输出平均功率为1.3 mW,从而获得了能够产生飞秒脉冲的高重复频率主动锁模掺Er3 光纤激光器。     

78fs全光纤环形腔被动锁模飞秒激光器

为满足全光采样系统对低时域抖动、窄脉冲宽度和高重复频率飞秒光纤激光器的需求,结合数值仿真,在实验的基础上利用非线性偏振旋转锁模原理,初步实现了自由运转被动锁模掺铒飞秒光纤激光器,激光器锁模输出脉冲的基本重复频率为6.028 MHz,平均输出功率为1.07mW,中心波长为l 570.3 nm,光谱宽度为33.2 nm,理...