基于石墨烯的宽带可饱和吸收体的制备及其在激光器中的应用

将石墨烯作为宽带可饱和吸收体分别应用在1.06μm Nd∶YAG固体激光器、2μm Tm∶YAP固体激光器以及1.55μm掺铒全光纤激光中.石墨烯采用化学汽相沉积法制备,以乙炔作为碳源,25μm厚的铜箔作为生长基体和催化剂,H2为载气,Ar为辅助气体,在常压、1 000℃高温条件下进行生长.1.06μm Nd∶YAG固体激光器实验中,采用直线型侧面泵浦腔型结构,当输出功率为10W时,得到了重复频率为360kHz,脉冲宽度240ns的最短脉冲输出,其单脉冲能量为27μJ,峰值功率为115.7W;2μm Tm∶YAP固体激光器实验中,使用中心波长在795nm附近的半导体激光器作为泵浦源,采用10%透过率的输出镜获得了脉宽为1.4μs的最窄调Q脉冲;环形腔1.55μm掺铒全光纤激光器实验中,利用1.25m长的高掺铒光纤作为增益光纤,当泵浦功率为100mW时,输出功率为10mW,获得了脉冲宽度314ps的稳定被动连续锁模脉冲,脉冲重复频率为20MHz并验证了同次制备的石墨烯的宽带可饱和吸收特性.     

脉冲单频Nd:YVO4激光器及其倍频输出特性研究

为了研制激光干涉成像所需的主振荡功率放大(MOPA)结构脉冲单频激光器,本文完成MOPA激光器的种子源即声光调Q脉冲单频1 064 nm激光器的特性研究,同时完成种子源腔外倍频绿光特性研究。脉冲单频激光器采用声光调Q模块实现脉宽约20 ns的1 064 nm脉冲激光输出,采用环形腔设计并采用一组不同厚度的标准具实现单纵模运转。实验研究基频1 064nm和倍频532 nm激光脉冲的线宽,得出在全脉宽范围内都具有较高时间相干性的结论。实验分别获得脉宽约28 ns峰值功率约6.5 kW的1 064 nm脉冲单频激光和脉宽约20 ns、峰值功率约0.5 kW的532 nm脉冲单频激光,腔外倍频效率为5.6%。实验同时也验证了腔外倍频的激光脉宽压缩效应。     

高重复频率锁模光纤激光器及其超连续谱产生

设计并实验研究了一种结构简单的主动调制锁模高重复频率窄脉宽光纤激光器。采用窄线宽连续激光调制4 GHz高重频后,通过拉曼增益孤子压缩效应将脉宽由27 ps压窄至2.6 ps。该高重频锁模激光泵浦一段300 m长高非线性光纤,同时脉冲被展宽至7.4 ps。产生的超连续谱平坦度20 dB宽带可达250 nm,功率波动为±0.2 dB。     

基于MOPA结构与高能量种子源的高功率皮秒掺铥光纤放大器（英文）

以单脉冲能量更高的孤子激光器为种子源,通过主振荡放大技术,获得了2μm波段的高功率、皮秒脉冲激光器.该种子源是一个被动锁模的光纤激光器,通过优化、管理激光器谐振腔内的色散,获得了脉冲宽度为50ps、重复频率为55.6 MHz、谱宽约为21nm的高能量孤子脉冲输出.利用单模光纤在2μm波段的负啁啾色散特性,在进行功率放大之前将作为种子源的激光脉冲宽度展宽至600ps.最后,经过两级放大之后,获得平均功率约23 W、脉宽为660ps的激光输出.利用光栅对,对放大后的激光脉冲进行压缩,经测试压缩后的脉冲宽度约为0.9ps.     

基于MOPA结构与高能量种子源的高功率皮秒掺铥光纤放大器

以单脉冲能量更高的孤子激光器为种子源,通过主振荡放大技术,获得了2 μm波段的高功率、皮秒脉冲激光器.该种子源是一个被动锁模的光纤激光器,通过优化、管理激光器谐振腔内的色散,获得了脉冲宽度为50 ps、重复频率为55.6 MHz、谱宽约为21 nm的高能量孤子脉冲输出.利用单模光纤在2μm波段的负啁啾色散特性,在进行功率放大之前将作为种子源的激光脉冲宽度展宽至600 ps.最后,经过两级放大之后,获得平均功率约23 W、脉宽为660 ps的激光输出.利用光栅对,对放大后的激光脉冲进行压缩,经测试压缩后的脉冲宽度约为0.9 ps.     

1μm波段宽带可调谐锁模光纤激光器

报道了一种工作于1μm波段、正常色散区、基于半导体可饱和吸收镜(SESAM)的被动锁模光纤激光器。激光器以高掺杂Yb光纤为增益物质,结合可调谐滤波器,形成环形腔结构。采用976nm半导体激光器抽运,当抽运功率大于16dBm时,激光器可实现1033～1069nm波长范围内重复频率为25.4MHz的宽带可调谐输出,性能稳定,在调谐范围内均可观测到非常规则的矩形输出光谱。在固定抽运功率下,对调谐范围内输出功率、光谱带宽、时域脉宽进行了实验测量和分析。在波长为1064nm时,用单通道光栅对将谱宽为1.745nm、时域脉宽为34.85ps的脉冲压缩至15.45ps。     

窄线宽1064 nm光纤激光泵浦高效率中红外3.8μm MgO:PPLN光参量振荡器

采用放大1064 nm掺镱光纤激光器作为泵浦源,实现了中红外3.8μm MgO:PPLN光参量振荡(OPO)激光输出。在泵浦源中,采用分布式反馈激光器(DFB)作为种子源来实现光纤激光窄线宽的调制,实现线宽2.5 nm到0.1 nm的压缩,最大平均输出功率可达40 W。进一步对不同泵浦线宽条件下中红外3.8μm MgO:PPLN OPO激光进行研究,最终在泵浦功率为18.1 W、线宽为0.1 nm、重频为1 MHz、脉宽为2 ns时,获得了最高平均输出功率为2.06 W的3822.5 nm激光输出,光-光转换效率为11.38%,光束质量为M2=2.34,提高了窄线宽泵浦对中红外MgO:PPLN OPO激光输出效率。     

单频纳秒脉冲全光纤激光器实现300 W平均功率输出

搭建了一台主振荡功率放大（MOPA）结构的单频脉冲全光纤激光器。通过对线宽为 20 kHz 的连续单频激光器进行强度调制,获得了重复频率 10 MHz、脉宽约 8 ns、平均功率约 0.5 mW 的单频脉冲种子激光。采用多级掺镱光纤放大器对脉冲种子激光进行级联放大,获得了平均功率 300.8 W 的高功率激光输出。目前,激光器输出功率仅受限于泵浦功率,有望通过增加泵浦功率进一步提高输出功率。     

1.5μm光纤气体拉曼激光光源EI北大核心CSCD

报道了基于空芯光纤中气体受激拉曼散射效应的1.5μm波段光纤激光实验.利用高峰值功率、窄线宽、亚纳秒量级的1064nm微芯激光抽运一段充高压乙烷气体的空芯光纤.通过乙烷气体分子的受激拉曼散射,获得了1553nm的激光输出,峰值功率达到16.6kW,线宽小于0.2nm,脉宽约为435ps.该功率水平是目前在掺铒光纤中获得的最高峰值功率的4倍以上.该研究为同时实现高峰值功率和窄线宽的1.5μm波段光纤激光提供了一条新的技术途径.     

基于斜立生长硒化铅纳米片可饱和吸收体的光纤脉冲激光研究(特邀)

利用窄禁带半导体硒化铅的可饱和吸收性质,通过物理气相沉积法和光纤探针转移,优化工艺制备硒化铅可饱和吸收体器件,搭建不同波长的脉冲光纤激光器。在基本器件不变的情况下,利用简单的环形腔,在近红外1～2μm范围内实现了稳定的锁模输出,中心波长分别为1 060.46 nm、1 563.24 nm、1 908.34 nm,基频分别为0.593 MHz、13.59 MHz、10.25 MHz,脉宽分别为30.53 ns、4.26 ns、1 ns。该结果扩展了新型纳米晶材料硒化铅化合物的应用,可为脉冲光纤激光的波长调控提供解决方案,并满足多波长可调控激光器在生物医学、监测等场景下的应用需求。     

一种基于增益调制技术的全光纤化脉冲Yb光纤激光器

以波长为975 nm的半导体激光器作为泵浦源,周期性地脉冲泵浦一个包含Yb掺杂光纤和光纤光栅对的Yb光纤激光器,实现了基于增益调制技术的全光纤化高功率Yb光纤激光器的稳定脉冲输出.在50 kHz重频下,采用20 W的泵浦功率和2.4 μs的泵浦脉冲宽度,获得了1 060 nm波长脉冲宽度仅100 ns的稳定脉冲激光输出,单脉冲激光能量约为20 μJ.以此作为脉冲激光种子进行功率放大,获得了性能稳定的全光纤结构高功率脉冲激光输出,放大后单脉冲能量超过200 μJ,激光放大器斜率效率达到60%.     

Injection-Seeded 500 Hz Repetition Rate High Peak Power Single-Frequency Nd:YAG Laser for Mid-Infrared Generation

We develop an injection-seeded single-frequency neodymium-doped yttrium aluminum garnet (Nd:YAG) laser with 500 Hz repetition rate and high peak power. The laser construction is designed as seed injection and master oscillator power amplifier (MOPA) including single-frequency master oscillator, extra-cavity frequency doubling crystal, and round-trip power amplifier. The master oscillator can emit 1,064 nm laser of 8.4 mJ with 6.8 ns pulse width at the pump energy equal to 23 mJ. A green laser energy of 1.1 mJ is obtained by setting the proper temperature of the LBO crystal. The pulse energy of 1,064 nm laser decreases to 6.5 mJ after passing through the LBO crystal and rises to 25.3 mJ after a round-trip power amplifier corresponding to the extraction efficiency of 29%. The final output pulse width is 6.5 ns, representing a peak power of 3.9 MW. The 1,064 nm laser beam quality factor M² of the master oscillator and the amplified one are 1.3 and 1.5, respectively. The laser will be used to generate mid-infrared where the 532 nm laser with narrow pulse width is to pump sheet optical parametric oscillator (OPO) and the 1,064 nm laser with high peak power to pump the OPO.     

Single mode MOPA structured all-fiber Yb pulse fiber amplifier at low repetition

We describe a mopa structured all-fiber 15 μm fiber amplifier cascade. A single-mode diode laser generating 1064 nm wavelength, several nanosecond pulses at 100 Hz repetition was adopted to seed a corepumping amplifier featuring a 6 μm core Yb-doped fiber. Multi-stage pulse-pumping technology was applied to eliminate ASE as much as possible and ease the heat load of the system that leads to the freedom of temperature control of the laser diode. The master oscillator-power amplifier (MOPA) generated 1064 nm, 18 ns pulse-width, 100 Hz repetition of 220 μJ single pulse energy, peak power >12 kW with single transverse output. The pulse energy of 220 μJ is the largest to date in the all-fiber MOPA amplifier with core diameter around 15 μm to our knowledge.     

全光纤调Q激光器腔内脉宽压缩技术

为了压缩MOPA全光纤调Q激光器脉冲宽度,对谐振腔基本参数进行了研究。首先,根据速率方程理论推导出脉冲宽度的表达式,通过数值解建立表达式参数与脉冲宽度的关系。然后,分析增益光纤长度、腔镜输出透过率、Q开关性能等谐振腔基本参数对全光纤调Q种子源输出脉冲宽度的影响并通过实验来逐一验证结果。最后,通过优化的参数搭建全光纤调Q激光器,在重复频率为20 kHz时,得到脉冲宽度为54 ns、平均功率为0.86 W的种子激光输出。在重复频率为100 kHz时,对脉宽142 ns、平均功率为1.66 W的种子光进行预放大和功率主放大,最终得到平均功率120 W、脉宽180 ns、光谱宽度为0.67 nm的稳定脉冲激光输出。通过提升AOM性能、减小增益光纤长度等参数优化方式构建调Q光纤激光器,能有效压缩谐振腔内脉冲宽度。     

光纤激光泵浦MgO:PPLN高功率中波红外光参量振荡器

为实现高效率、高功率中波红外激光输出,研制基于MgO:PPLN晶体的中波红外光参量振荡器（OPO）,泵浦源为基于主振荡功率放大（MOPA）结构的线偏振掺Yb光纤激光器（YDFL）。实验结果表明:YDFL可实现最高79.1 W的1064.1 nm脉冲线偏振激光输出;在YDFL泵浦下,通过优化输出镜曲率半径和泵浦光束腰直径,该OPO实现最高9.15 W的3.754 μm脉冲激光输出,光光转换效率为11.57%,重复频率为300 kHz,脉冲宽度约为110 ns。     

96.2 W all-fiberized nanosecond single-frequency fiber MOPA

We report experimental results on a 96.2 W all-fiberized nanosecond single-frequency masteroscillator power amplifier (MOPA) laser working at 1064 nm. An external modulation fiber laser with average power of 0.5 mW and line width of 20 kHz is used as the seed source. Amplifying the seed laser in four stages, a single-frequency laser with pulse duration of 10 ns and peak power of 816.7 W is obtained. The average output power is up to 96.2 W. Further power-scaling of this MOPA structure can be realized since our experiment is only pump-power limited.     

电磁箍缩铝带阵负载的研制

根据电磁箍缩物理实验需求,设计出了一种具有自适应结构的电磁箍缩铝带阵负载。采用手工裁剪和激光裁剪两种方法来制备铝带,表征了两种方法制备出铝带的边缘形貌,并优选出激光裁剪法做为铝带的裁剪方法。分析了激光裁剪铝带的力学性能,30mm×1mm×5μm的铝带断裂强度约116cN,延伸率约为1.3%。利用上述铝带成功装配出了具有自适应结构的电磁箍缩铝带阵负载,且其自适量达到了4.5mm的物理实验需求,可应用于"强光一号"物理实验。