高重复频率飞秒激光烧蚀熔融石英制作单偏振微结构波导

利用中心波长为1040nm、脉宽为190fs、重复频率在200～5000kHz之间可调的飞秒激光对熔融石英进行微加工。研究了烧蚀阈值随脉冲重复频率、扫描速度的变化规律,阐明不同参数下热扩散效应及热累积效应对烧蚀过程的主导作用。在最优化条件下,制作了双线波导,可以对1040nm激光实现圆形基模传输。进一步制作了椭圆晶胞的六角微结构波导,对1040nm激光可以输出近高斯强度分布的基模,模场面积达到247.48μm2。该微结构波导可实现单偏振传输,消光比达9.05,波导数值孔径约0.017。     

超快激光技术研究进展——记天津大学超快激光研究室

编者按: 天津大学超快激光研究室位于天津大学敬业湖畔的北洋科学楼内,隶属于精密仪器与光电子工程学院,始建于飞秒激光诞生的20世纪80年代初.20多年来,该研究室在学术带头人王清月教授的领导下,一直跟踪超快激光的前沿领域,完成了脉冲碰撞锁模染料激光器、飞秒掺钛蓝宝石自锁模激光器等多项研究课题,取得了一系列重大科研成果,多次获得国家级和省部级科技进步奖等多项表彰.     

飞秒激光光镊轴向力的计算与分析

光镊已成为捕获和操纵微米尺度粒子和生物细胞的有效手段，而目前常用的光镊光源为连续激光或长脉宽的脉冲光。提出飞秒激光光镊的概念．将飞秒激光序列脉冲视为对连续光的周期抽样，借助于连续光光镊的分析方法，建立了飞秒激光光镊对电介质微粒产生的轴向光学力的理论模型。给出影响捕获微粒的主要因素，指出存在最佳束腰半径和被捕获粒子半径。数值计算结果表明选取合适的飞秒激光脉冲能量、束腰半径、脉冲波长以及微粒与周围媒质的相对折射率．微米尺寸的微粒完全能被飞秒激光稳定捕获。综合考虑被捕获微粒所受的脉冲式光学梯度力、重力和布朗惯性力的作用，讨论了飞秒激光光镊轴向光学梯度力的脉冲式特点及实现稳定捕获的条件。     

自锁模固体激光器自启动理论研究

利用被动锁模激光器的锁模原理 ,结合自锁模固体激光器中等效快可饱和吸收体的物理特性 ,建立了自锁模动力学方程和控制自锁模激光器运转特性的速率方程组。对速率方程组线性化处理 ,导出自锁模激光器启动条件 ,并将克尔透镜锁模固体激光器自锁模启动条件直接与自锁模启动因子联系起来。所得结论与实验结果有很好的一致性。     

用高破坏阈值半导体可饱和吸收镜进行Yb:YAB激光器锁模的研究

掺Yb^3 介质作为1μm波段全固态超短激光脉冲发射最有前途的激光介质受到普遍关注。与掺Nd^3-介质相比它具有更宽的发射谱线，因此更容易实现1μm附近宽调谐激光运转以及超短脉冲的产生；而它的吸收波长与InGaAs二极管激光器相匹配，可用于研制紧凑廉价的半导体激光抽运全固态激光器。此外，掺Yb^3 介质能级结构简单，避免了激发态吸收、浓度猝灭和上转换等不必要的激光损耗。     

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。     

用于波面倾斜产生高能量太赫兹波的接触光栅设计

基于非共线相位匹配的波面倾斜技术是目前采用飞秒激光产生超快太赫兹波最有效的手段,使用接触式光栅直接产生抽运飞秒脉冲的波面倾斜能够克服成像系统引入的畸变从而进一步提高该技术的效率。提出并利用简化的模态法设计了制备于铌酸锂晶体中用于波面倾斜技术产生高能量太赫兹波的内嵌式接触光栅。将Littrow角入射条件下的光栅衍射理论简化为光栅内双模式的干涉过程,极大地简化了光栅的参数设计。确定了满足波面倾斜条件的光栅常数,系统研究了衍射效率与光栅占空比和刻槽深度的关系,通过内嵌式光栅结构降低反射损耗,理论上能达到90%以上的-1级衍射效率,给出了合适的光栅加工参数。该系统设计方法对基于其他太赫兹波产生晶体的接触光栅设计具有参考意义。     

激光二极管抽运新型Yb:GSO晶体实现激光运转

作为发射波段在1μm的激光二极管(LD)抽运全固态激光器的增益介质，掺Yb晶体非常大的具有吸引力。Yb离子具有简单的电子结构，预防了激发态重复吸收、上转换以及浓度淬灭带来的激光损耗。而且，掺Yb介质的量子缺陷比较低可以产生相对大的斜效率和低热负载。近年来，掺Yb介质一些有效的激光运转已经得到证明，如Yb：YAG，Yb：YAB以及Yb：BOYS等。迄今为止，人们仍在进行各种尝试以得到发射荧光谱宽，低阈值运转的激光晶体。     

用于飞秒脉冲激光腔内的啁啾镜的优化设计

介绍了啁啾镜的基本原理和优化设计思想 ,阐述了优化设计的基本过程 ,并通过计算机优化计算了啁啾镜设计。具体分析了影响啁啾镜色散补偿特性的几个主要因素 ,如色散量、色散带宽、膜层数以及膜层的厚度变化对啁啾镜光学特性造成的影响。其中色散量的控制和色散带宽的选择是最重要的优化设计指标     

新型大焦斑钛宝石激光放大器腔型的设计与实验研究

为了克服放大自发辐射在飞秒激光放大器中对放大脉冲的影响，将增益介质掺钛蓝宝石晶体从腔内束腰位置处移至腔内光斑最大处是一个有效的办法。设计并实验了此种新型大焦斑直线形折叠腔。计算了腔内的光斑尺寸与腔结构参数的关系，得出了腔内光斑尺寸分部图,系统实验了输出功率与腔结构参数：曲面镜半径,输出耦合镜透射率，腔长等的关系，并进行了理论验证。本文为进一步将其做成新型、高效、低噪声再生放大器提供了必要的依据。