高功率光子晶体光纤激光器及其关键技术

与常规双包层光纤相比,空气包层大模面积光子晶体光纤更适用于高功率激光器的研制.介绍了高功率光子晶体光纤激光器研究的最新进展,分析了耦合系统和谐振腔设计中所存在的不利于功率提高的因素,指出低损耗的熔接技术是光子晶体光纤激光器达到更高功率的关键.     

大模场低损耗光子晶体光纤的研究与设计

为了改善高功率光纤激光器的非线性效应,提出并设计了一种新型的无源、单模、低损耗、大模场的光子晶体光纤结构。利用时域有限差分法并结合完美匹配层边界条件,分析了光子晶体光纤有效模场面积的影响因素,得到光子晶体光纤性能随波长及几何结构的变化规律,从而得到实现更大模场面积的结构参量。结果表明,保证单模传输的情况下,在1.064μm波长处,优化设计的大模场光子晶体光纤有效模场面积可达3118.4μm2,对应的非线性系数可低至5.68×10-5 m-1·W-1,限制损耗可降低到4.55×10-7 dB·m-1。该光纤具备低损耗、低非线性和大模场面积等特性,在实现光子晶体光纤激光器高功率、高光束品质激光输出方面具有重要应用。     

七芯光子晶体光纤实现高功率白光超连续谱输出

<正>多芯光子晶体光纤便于与抽运激光器的大模场直径输出尾纤进行低损耗的熔接,能够把高功率的抽运激光耦合进光子晶体光纤中。同时,多芯光子晶体光纤的光场分布直径比单芯光子晶体光纤大,尽管激发非线性效应所需的激光抽运功率会有所提升,但是其激光损伤阈值也随之提升,即能够承受更高功率的抽运激光。因而,多芯光子晶体光纤非常适合用于构建全光纤化的高功率超连续谱光源系统。最近,国防科学技术大学采用高功率皮秒光纤激光抽运由光纤光缆制备技术国家重点实验室拉制     

飞秒激光产生7.45 W超连续光谱实验

分别分析了不同空气填充率光子晶体光纤与普通单模光纤熔接过程中损耗的来源和制约机制,实验研究了熔接参数对熔接效果的影响,包括熔接损耗随放电电流、放电时间和放电功率变化的情况。通过优化调整熔接参数,对高空气填充率和低空气填充率的两种光子晶体光纤都实现了低损耗熔接,熔接损耗为0.22 dB。并利用掺镱大模场面积光子晶体光纤飞秒激光放大器作为抽运源,在抽运功率为14.7 W时,实验得到了7.45 W的高功率超连续光谱输出,光谱覆盖范围650～1 750 nm。     

多芯光子晶体光纤在国内高校的研究现状

多芯光子晶体光纤(Photonic Crystal Fiber,PCF)具有设计更灵活、大模场面积、显著的非线性效应以及纤芯耦合等优势.介绍了国内高校对多芯光子晶体光纤研究的状况,主要包括高功率超连续谱、高功率光纤激光器和光器件三个研究方向.同时,讨论了多芯PCF的可调结构参数.     

全光子晶体光纤单级直接放大产生34W高功率飞秒脉冲

构建了全保偏双包层掺镱大模场面积光子晶体光纤(LMA-PCF)的单级飞秒激光直接放大系统。光子晶体光纤(PCF)振荡级采用孤子型锁模运转,放大级采用非线性放大技术。该系统获得的高功率飞秒脉冲输出平均功率为34W,脉冲宽度约为50fs,重复频率为42MHz,对应脉冲能量为0.8μJ,峰值功率为16.2MW。     

掺镱大模场光子晶体光纤研究进展（特邀）

掺镱大模场光子晶体光纤在高峰值功率超快激光放大器中有着重要的应用价值,其研究得到了广泛关注。首先简要介绍了国内外掺镱大模场光子晶体光纤的研究进展,阐述了掺镱大模场光子晶体光纤的基本设计思路,对比说明了保偏型掺镱光子晶体光纤的设计制备方法。重点介绍了近十年来中国科学院上海光学精密机械研究所在掺镱大模场光子晶体光纤方面的研究进展。包括掺镱大模场光子晶体光纤的纤芯折射率大小和均匀性控制、光子晶体光纤微结构控制等关键技术。采用自主研制的四种芯径为40～100μm的掺镱大模场光子晶体光纤开展了皮秒脉冲激光放大实验。利用40μm芯径的保偏掺镱光子晶体光纤实现了平均功率为100 W、光束质量因子（M2）小于1.4的稳定输出,偏振消光比为12 dB。利用100μm芯径的保偏掺镱大模场光子晶体光纤实现了M2小于1.5的高光束质量脉冲放大。上述研究为掺镱大模场光子晶体光纤的国产化应用奠定了基础。     

新型大模场光子晶体光纤传输系统及其传输特性分析

通过在多模光子晶体光纤的两端分别连接一根单模光子晶体光纤,对其选择合适的参数,形成一种可以实现低弯曲损耗、大模场单模传输的光纤传输系统。运用数值仿真,分析了该传输系统在模场面积、弯曲损耗、连接损耗等方面的特性。研究结果表明,多模光子晶体光纤与单模光子晶体光纤所组成的系统可实现有效的单模传输;工作波长为1064nm时,多模光子晶体光纤在直波导状态时的基模模场面积可达1593μm2;在弯曲半径低至10cm时,多模光子晶体光纤仍然可以保持低损耗传输。经过对多模光子晶体光纤结构参数的优化,其与单模光子晶体光纤的连接损耗降低至0.085dB。     

高功率光子晶体光纤激光器研究进展

光子晶体光纤的出现,为高功率光纤激光器的关键技术-大模区光纤的实现提供了新途径。基于铒镱共掺磷酸盐材料的包层掺杂新结构出现,为实现更加紧凑的光纤激光器提供了可能。常规高功率光纤激光器中的抽运技术,谐振腔技术和相干组束技术也在不断融入高功率光子晶体光纤激光器。高功率光子晶体光纤激光器的调Q和锁模输出也已经实现。     

超大模场硫系玻璃光子晶体光纤研究进展

近年来迅速发展的中红外高功率激光技术迫切需要具有输出光束质量高、质量轻、结构紧凑等特性的中红外光纤介质,用于实现激光产生、传输等。在中红外玻璃中,硫系玻璃具有最宽的透光范围;同时,硫系玻璃又具有最高的折射率和非线性折射率系数,因此它们被认为是理想的产生和传输中红外激光的光纤基质。然而,硫系玻璃网络结构由弱化学键组成,使得硫系玻璃光纤具有较低的激光损伤阈值,这与高功率激光应用需求相矛盾。在不牺牲光纤输出光束质量的前提下,大模场光子晶体光纤技术是优选的实现功率提升的技术方案。本文首先介绍了中红外激光的高功率应用需求和中红外光纤材料低激光损伤阈值之间存在的矛盾,继而对面向中红外高功率激光应用的超大模场硫系玻璃光子晶体光纤的发展进行了综述,详细描述了超大模场硫系玻璃光子晶体光纤设计、制备、材料选择、光纤性能表征等过程,并对其应用前景和存在的技术瓶颈进行了讨论和展望。结果表明,超大模场硫系玻璃光子晶体光纤有望被应用于百瓦级中红外高功率激光应用场景中。