极紫外飞秒光学频率梳的产生与研究进展

飞秒光学频率梳对光学频率精密测量和超快科学的发展起到了至关重要的作用,而将其拓展至极紫外波段,即可作为阿秒脉冲、紫外非线性光学、电子跃迁光谱探测以及量子电动力学等研究的有力工具.极紫外飞秒光学频率梳需要通过高重复频率、高峰值功率的飞秒激光驱动高次谐波间接产生.本文从极紫外飞秒光学频率梳的产生原理出发,首先对其驱动源参数要求以及获取方式进行了介绍,分别对比了啁啾脉冲放大技术、光参量啁啾脉冲放大技术、光纤放大技术和飞秒共振增强放大技术用于驱动极紫外飞秒光学频率梳产生的优缺点及适用性.其次,针对共线和非共线产生高次谐波的两种方式,详细阐述了国际上常用的几种极紫外飞秒光学频率梳的耦合输出方法.最后,从基于飞秒共振增强腔、光参量啁啾脉冲放大器和由振荡器直接产生的极紫外飞秒光学频率梳三个角度出发,对其研究进展进行了综述,并对目前尚待优化的问题进行了总结.     

基于温度迭代校正自吸收效应的激光诱导击穿光谱定量分析方法

激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectroscopy, LIBS)是一种理想的实时在线检测合金中微量元素的方法.然而在激光诱导击穿产生的高密度等离子体中,自吸收通常是一种不期望出现的效应,它降低了谱线的真实强度,使谱线强度随目标物质含量增长呈非线性,从而严重影响对目标中元素含量测量的准确性.本文提出了一种基于温度迭代校正自吸收效应的方法,借助等离子体热平衡辐射模型,对等离子体电子温度(T)和辐射粒子数密度乘以吸收路径长度(Nl)这两个参数进行迭代计算和校正,消除自吸收对谱线强度的影响,最终提高定量分析的准确性.对合金钢样品中Mn元素的实验测量结果表明,该方法有效地提高了Boltzmann平面图的线性度及元素含量的测量精度.该方法模型简单,计算效率高,且与Stark展宽系数的可用性和准确性无关,可以直接获得辐射粒子数密度和吸收路径长度参数,因此在提高LIBS定量分析能力的同时,还可以实现对等离子体状态的诊断.     

Yb:CaGdAlO4晶体及其超快激光技术研究进展

Yb∶CaGdAlO₄(简写为Yb∶CALGO)晶体具有部分无序的结构、优秀的热学和光谱性质、吸收发射带宽,适合采用商用高功率InGaAs二极管泵浦以实现高功率超快激光运转,其较高的非线性折射率系数有利于对锁模激光器的优化。该晶体还具有能级结构简单、本征量子缺陷低、辐射量子效率高等优点,是近年来新一代紧凑型、高效率、低成本激光二极管(LD)泵浦飞秒激光增益介质。本文简要介绍Yb∶CALGO的晶体结构、晶体生长、缺陷分析、热学性质和光谱性质等,并综合国内外学者近期的一些研究成果,重点综述了Yb∶CALGO晶体在半导体可饱和吸收镜、克尔透镜锁模的超快激光器及再生放大器超快激光技术中的最新研究进展。     

Diode-pumped self-starting mode-locked femtosecond Yb:YCa4O（BO3）3laser

A self-starting mode-locked femtosecond laser is accomplished with an oxoborate self-frequency doubling crystal Yb:YCa4O(BO3)3(Yb:YCOB) as the gain medium and a semiconductor mirror as the saturable absorber. Pumped by a976-nm fiber-coupled diode laser with 50-μm core diameter, stable mode-locked laser pulses up to 430 mW were obtained at a repetition rate of 83.61 MHz under 5-W pump power. The autocorrelation measurement shows that the pulse duration is as short as 150 fs by assuming the sech2pulse shape at a central wavelength of 1048 nm. This work has demonstrated a compact and reliable femtosecond laser source for prospective low-cost applications.     

高效率三倍频产生355nm皮秒激光的实验研究

具有高重复频率、高平均功率的皮秒放大激光在科学研究和工业生产中有着重要的应用,尤其是在脆性材料的加工领域,绿光或紫外皮秒激光具有独特的优势.基于我们研制的平均功率23.2 W、重复频率500 kHz、脉冲宽度13.4 ps的Nd:YVO_4激光器,开展了LBO晶体高效率二倍频与三倍频的研究.通过优化相位匹配和晶体内激光的走离,分别得到了平均功率12.7 W的532 nm二倍频激光和9.25 W的355 nm三倍频激光,相应的光光转换效率分别为54.7%和39.8%.激光器具有结构简单、平均功率高、转换效率高等特点,可以广泛地用于科学研究和工业生产中.     

Diode-pumped Kerr-lens mode-locked femtosecond Yb:YAG ceramic laser

We experimentally demonstrated a diode-pumped Kerr-lens mode-locked femtosecond laser based on an Yb:YAG ceramic. Stable laser pulses with 97-fs duration, 2.8-nJ pulse energy, and 320-mW average power were obtained. The femtosecond oscillator operated at a central wavelength of 1049 nm and a repetition rate of 115 MHz. To the best of our knowledge, this is the first demonstration of a Kerr-lens mode-locked operation in a diode-pumped Yb:YAG ceramic laser with sub-100 fs pulse duration.     

Tunable second harmonic generation from a Kerr-lens mode-locked Yb:YCa_4O(BO_3)_3 femtosecond laser

We experimentally demonstrated a diode-pumped Kerr-lens mode-locked femtosecond(fs) laser with a self-frequency doubling Yb:YCa_4O(BO_3)_3 crystal.Sub-40 fs laser pulses were directly generated from the oscillator without extracavity compression.The central wavelength was tunable from 1039 nm to 1049 nm with a typical bandwidth of 35 nm and an average output power of 53 mW.For the first time,a self-frequency doubled second harmonic green laser with tunable range from 519 nm to 525 nm was observed.     

基于LIBS与化学计量学的植物叶片分类研究

激光诱导击穿光谱（LIBS）是一种高效快速的光谱采集手段,可应用于各类物质的元素分析工作中。线性判别分析（LDA）与支持向量机（SVM）是化学计量学中两种常用的有监督算法,均通过对已知不同种类的样本数据进行学习建模,进而实现对未知类别数据的归类。为了实现LIBS技术对有机物的高准确率识别,将这两种算法应用到LIBS光谱数据的分类中。实验利用波长为1 064 nm的纳秒激光烧蚀女贞、珊瑚树、竹子三种植物的叶片,并采集每种树叶220～432 nm波段的100组光谱数据。通过对300组样本的原始光谱数据进行主成分提取,由第一主成分（PC1）和第二主成分（PC2）的得分图得出三种植物光谱的相似度非常高。然后,利用每种叶片70组样本的光谱数据作为训练集建模,其余30组光谱数据作为测试集来进行树叶种类的预测识别。将PCA对原始光谱数据提取得到的前20个主成分作为LDA与SVM建模的属性值。对于LDA算法,将属性值分析后得到前两个判别函数值,通过聚类分析发现不同种类的植物叶片光谱数据在空间上的分离效果较好,同一种类基本聚集在一起。再借助马氏距离可得到测试集的平均分类正确率为96.67%。与此类似,使用SVM方法对训练集样本的数据进行学习得到分类超平面,对测试集的平均分类正确率达到98.9%。研究结果表明,经过PCA对数据的预处理,再结合LDA,SVM这两种方法可实现LIBS技术应用于复杂有机物的快速准确分类,并且PCA与SVM结合的分类正确率更高。该方法可在食品快速溯源、生物组织原位鉴别、有机爆炸物远程分析等领域应用。     

采用飞秒光纤激光同步泵浦的自启动锁模钛宝石激光研究

针对常规连续激光泵浦钛宝石激光振荡器不能自启动锁模的缺点,采用倍频飞秒光纤激光同步泵浦,通过调节振荡器腔长与泵浦腔长匹配,实现了飞秒钛宝石激光的自启动锁模。实验中采用3.4 W的倍频掺镱光纤激光同步泵浦钛宝石激光振荡器,获得了平均功率大于130 mW、重复频率75 MHz、光谱宽度大于47 nm、脉冲宽度17 fs的锁模脉冲输出,不仅能够稳定可靠地实现自启动锁模,解决了常规钛宝石激光振荡器锁模启动的困难,而且还具有同步输出1040,800,520 nm三束飞秒激光的特点,为进一步开展飞秒激光相干合成以及光参量放大等研究提供了优势基础。     

Diode-pumped passively mode-locked femtosecond Yb：（Y0.9La0.1）2O3 ceramic laser

We experimentally demonstrate a diode-pumped passively mode-locked femtosecond laser with Yb 3+ -doped yttrium lanthanum oxide ceramic. Mode-locking is achieved by using a semiconductor saturable absorber mirror, and intracavity dispersion is compensated by a pair of SF6 prisms. Laser pulses as short as 357 fs at a central wavelength of 1 075 nm are obtained. The maximum average output power is 670 mW under 4.5 W of pumping power with a slope efficiency of 20%. To the best of our knowledge, this is the shortest pulse generated from Yb-doped yttrium lanthanum oxide ceramic lasers with a sub-500 fs pulse duration.