Cr∶LiSAF飞秒激光器中Gires-Tournois镜的设计

飞秒激光脉冲的产生主要依赖于激光腔内净的负群延迟色散.但是在固体激光器中,增益介质和其它光学元件却引入了正色散,因此需引入相应的色散补偿机制.布儒斯特角棱镜对曾是激光腔中色散补偿的主要办法,但是它在进行群延迟色散补偿的同时还会引入高阶色散,使激光器操作困难并影响激光器的尺寸和重复频率.Gires-Tournois镜是一种新型的色散补偿元件,可以克服这些缺点.本文介绍了Gires-Tournois镜的基本结构,分析了影响Gires-Tournois镜的群延迟时间、群延迟色散和三阶色散的量,给出了Gires-Tournois镜的设计原则并根据Cr∶LiSAF飞秒激光器中的色散补偿要求设计了性能优良的Gires-Tournois镜.该Gires-Tournois镜在750~900 nm的波长范围内具有高于99.9%的反射率和-35±8fs2的群延迟色散.用这样的Gires-Tournois镜经过4次反射后可以补偿3mm的Cr∶LiSAF晶体的绝大部分群延迟色散.     

高色散镜的设计和制备

设计和制备了两种高色散镜,分别在780-870 nm波长范围内提供约-800 fs² 群延迟色散补偿(group-delay dispersion,GDD)和在1030-1050 nm的波长范围内提供约-2500 fs²的群延迟色散补偿.设计的高色散镜用双离子束溅射方法进行制备.从白光干涉仪的测试结果可以看出,得到的-800 fs² GDD高色散镜和设计符合得比较好;-2500 fs² GDD的高色散镜用在掺Yb光纤激光器中很好的抑制了脉冲展宽.这是制备得到的国产高色散镜及在光纤激光器中应用的首次报道. 关键词： 高色散镜 群延迟色散 色散补偿 Yb光纤激光器     

钛宝石激光器9.5 fs脉冲输出中的啁啾镜色散补偿

根据钛宝石激光器的要求,实验设计了中心波长800 nm带宽200 nm的啁啾镜,在700—900 nm波长范围内提供约-60 fs²群延迟色散(group delay dispersion,GDD).采用双射频离子束溅射方法进行制备,用实验室搭建的白光干涉仪进行色散性能测试,从测试结果可以看出,制备的啁啾镜的性能和设计值符合得比较好.制备得到的非成对啁啾镜在钛宝石激光谐振腔中进行色散补偿,锁模后分别获得了12 fs和9.5 fs的激光脉冲输出.这是目前报道的使用国产啁啾镜获得的最短的 关键词： 啁啾镜 群延迟色散 色散补偿 钛宝石激光器     

飞秒脉冲激光器中色散补偿膜的设计

阐述了用光学薄膜进行色散补偿的基本原理, 介绍了设计的基本过程. 根据Ti∶Sapphire飞秒激光器中腔内色散补偿的要求, 设定了色散补偿目标, 通过计算机优化, 得到了一种40层的Ta2O5/SiO2介质膜系. 该膜系能在720~870 nm范围获得大于99.5%的反射率, 在510~550 nm获得大于90%的透射率, 在740~850 nm提供较平滑的－40 fs2的群延迟色散. 这样的结果经过7次反射后, 可以补偿5-mm Ti∶sapphire晶体产生的绝大部分群延迟色散.     

宽带啁啾镜对的设计和制备

设计了中心波长800 nm带宽约500 nm的啁啾镜对, 在550–1050 nm波长范围内提供约-60 fs²群延迟色散(group delay dispersion, GDD), 通过啁啾镜对的形式使GDD振荡波纹由单个啁啾镜的±100 fs²减小到±20 fs². 采用双射频离子束溅射方法进行制备, 用白光干涉仪进行色散性能测试, 从测试结果可以看出, 制备的啁啾镜的反射率、GDD性能和设计值符合得比较好. 制备出的550–1050 nm超宽带啁啾镜对在钛宝石激光器腔外进行色散补偿, 原输入脉冲由24–27 fs压缩到12 fs, 这是国产超宽带啁啾镜对的首次应用. 关键词： 超快激光 啁啾镜对 群延迟色散 色散补偿     

亚10 fs激光脉冲产生中的受激拉曼散射与四波混频效应

自行搭建的自锁模钛宝石激光器工作在下稳区的上边界附近,采用熔融石英棱镜对在激光器谐振腔的腔内和腔外同时进行群速度色散补偿.随着腔内棱镜对提供色散补偿的变化,输出激光脉冲的频谱会突然展宽至664—840nm,其空间模式也由基横模变化至衍射环状结构,这是受激拉曼散射和四波混频效应导致锁模激光脉冲频谱进一步展宽的结果.在此状态下自锁模钛宝石激光器可实现670—865nm范围的波长调谐.如此宽的频谱为钛宝石激光器产生亚10fs激光脉冲提供了必要的条件. 关键词： 飞秒激光脉冲 受激拉曼散射 四波混频 群速度色散     

激光晶体角色散对克尔透镜锁模激光器二阶、三阶色散的影响

对常规的带有棱镜对色散补偿的四镜腔固体克尔透镜锁模激光器,现有文献只考虑晶体的材料色散而忽略了晶体的斜入射所带来的角色散.首次给出了由于在晶体处的斜入射,不同波长的光线在该激光谐振腔中的振荡回路.给出了考虑晶体处的斜入射后二阶、三阶色散的解析表达式.并计算了斜入射带来的对激光晶体和棱镜对系统二阶、三阶色散的影响.     

新型色散补偿薄膜的初始结构设计方法

啁啾脉冲振荡(CPO)与飞秒激光显微系统都要求在一定带宽内能够提供大的色散补偿.如此大的色散补偿要求是之前应用于飞秒激光器的各种色散补偿薄膜结构难以达剑的.为此提出一种将基于共轭腔与G-T腔混合结构的初始膜系设计,只要在此基础上稍加优化,就可以满足系统的色散补偿要求.针对CPO系统与飞秒激光显微系统的实际需求,提供了两个设计实例,验证了这种初始结构的有效性.相比与于单纯用计算机优化方法生成的膜系,该结构更加简单而规整,因而便于实际的加工制备.     

激光晶体角色散对克尔透镜锁模激光器二阶、三阶色散的影响

对常规的带有棱镜对色散补偿的四镜腔固体克尔透镜锁模激光器,现有文献只考虑晶体的材料色散而忽略了晶体的斜入射所带来的角色散.首次给出了由于在晶体处的斜入射,不同波长的光线在该激光谐振腔中的振荡回路.给出了考虑晶体处的斜入射后二阶、三阶色散的解析表达式.并计算了斜入射带来的对激光晶体和棱镜对系统二阶、三阶色散的影响.     

腔内反射镜色散控制的、自启动的钛宝石飞秒脉冲激光器

报道了自行研制的色散补偿镜;并用此取代传统的腔内棱镜对,结合半导体可饱和吸收镜实现了腔内反射镜色散控制的,自启动的掺钛蓝宝石激光器的飞秒激光运转。     

钛宝石飞秒激光器用色散补偿Gires-Tournois镜的研究

根据钛宝石飞秒激光器的色散补偿要求设计了单次反射平均补偿量为-60 fs²的GT(Gires-Tournois)镜,采用离子束辅助沉积技术结合光学监控技术制作了器件.用分光光度计对650—950 nm波段薄膜反射率进行测试,结果表明反射率测试曲线与设计曲线十分符合,同时利用白光干涉系统对群延迟色散进行了测试,测试结果与设计符合得很好,实际的色散曲线振荡基本控制在±20 fs²以内.应用该GT镜进行钛宝石飞秒激光系统的色散补偿,取得了很好的锁模效果,得到了29 fs的超短脉冲. 关键词： 色散补偿 钛宝石飞秒激光器 GT镜 离子束辅助沉积     

输出近百纳焦耳脉冲能量的光子晶体光纤锁模激光器

设计并搭建了一种支持百纳焦耳量级的单脉冲能量输出的锁模光纤激光器.激光器基于σ型腔结构,采用掺Yb偏振型大模场面积光子晶体光纤作为增益介质,利用半导体可饱和吸收镜实现自启动锁模.激光器内没有色散补偿机理,使其工作在全正色散锁模状态.通过在谐振腔内引入多通长腔使激光器的重复频率降低至11.1 MHz,直接获得了平均功率为1.08 W,单脉冲能量为 97 nJ,脉冲宽度为4.17 ps的稳定锁模脉冲输出,经腔外色散补偿,脉冲宽度压缩至740 fs.     

基于腔内色散补偿的保偏飞秒光纤激光器

目前,在被动锁模掺铒光纤激光器中,进行腔内色散补偿的方法主要包括:在激光谐振腔内熔接一段具有正常色散的光子晶体光纤、插入具有正常色散的光栅对,以及利用具有正常色散的啁啾光纤光栅等。针对目前腔内色散补偿方法存在的耦合效率低、环境稳定性差、色散量不易调节等不足,设计了一种由偏振合束器、色散补偿光纤和法拉第旋转镜构成的线形支路进行腔内色散精确补偿,采用透射式可饱和吸收体实现自启动锁模,并结合混合光器件,实验获得了重复频率为82.84 MHz、平均功率为10mW、脉冲宽度为381fs的飞秒脉冲保偏输出,作为种子源,可广泛应用于太赫兹产生、生物医学成像、超快光谱学等领域。     

频域光学相干层析术系统中高准确度高灵敏度补偿色散法

将色散测量方法和快速扫描延迟线技术相结合,在谱域光学相干层析系统中实现了对群延迟色散的精确补偿.在该方法中,先在样品臂中放入平面反射镜,等间隔移动参考臂中快速扫描延迟线系统中光栅的位置,同时测量系统参考臂和样品臂之间的群延迟色散差值.当该值为零时,则表明系统色散匹配.将该方法与基于点扩散函数半高宽的方法进行比较,发现基于半高宽方法的测量误差为4.43%,而该方法的测量误差为0.76%;在色散补偿过程中,随着色散匹配点的靠近,半高宽方法的灵敏度由92.105 3fs2减小到1.344 7×103 fs2,而新方法的灵敏度则保持165.789 5fs2,表明本文提出的色散补偿法具有较高的色散补偿准确度和灵敏度.实验表明,色散补偿后的系统分辨率接近理论值;在补偿系统色散的同时,还可以根据测量所得色散值的符号来判定光栅的移动方向,从而更容易地完成补偿工作.     

声光偏转器扫描飞秒激光的时间色散补偿

研究了声光偏转器(AOD)扫描飞秒激光的时间色散效应及补偿方案.在800nm波长处，单个AOD引入的群延时色散(GDD)可达～9300fs².在深入分析AOD和棱镜角色散原理的基础上，提出了用色散棱镜预补偿AOD对飞秒脉冲的时间色散，并进行了实验证实.在AOD中心频率处(70MHz)，将398fs的脉冲压缩到122fs，且整个带宽范围内(50MHz—90MHz)脉宽变化范围为120fs—180fs.这表明该方案用于AOD扫描飞秒激光时进行时间色散补偿是非常有效的. 关键词： 飞秒激光 声光偏转器 时间色散 脉冲压缩     

连续调谐多波长主动锁模光纤激光器

利用色散补偿法纤增加腔内色散和改变调制频率,在主动锁模光纤环形激光器实验中,得到了可连续调谐的双波长激光脉冲,冷却掺铒光纤,实现了17波长的激光。     

用于固体自锁模的三元腔激光器的二阶、三阶色散的解析表示

给出在任意角度切割情况下,三元腔固体自锁模激光器二阶、三阶色散的解析表示,并系统地计算了切割角度、材料等因素的变化对二阶、三阶色散的影响.该计算为三元腔固体自锁模激光器的设计提供了理论依据. 关键词： 三元腔 二阶色散 三阶色散     

钛宝石激光器中用优化Gires-Tournois镜产生15 fs脉冲

根据飞秒脉冲锁模钛宝石激光器脉冲压缩的要求,介绍了负色散镜补偿色散的基本原理及其特点。详细阐述了优化Gires-Tournois(OG-T)镜的设计过程,并通过计算机优化得到理想设计膜系。采用离子束溅射的方法镀制了优化Gires—Tournois镜。测量了优化Gires-Tournois镜(编号为OGT#1)的透射率和群延迟色散,并与设计值进行了比较,分析了实测值产生偏差的原因,从而对镀膜参量进行了相应的调整,制造了第二批优化Gires—Tournois镜(编号为OGT#2)。将优化Gires—Tournois镜用于钛宝石激光器振荡级内,单程5次通过三个优化Gires-Tournois镜,补偿了激光器腔内色散,实现了飞秒锁模脉冲运转。用OGT#1先进行了实验,获得32fs的脉冲和46nin的光谱宽度。用调整参量后的OGT#2进行了实验,获得了15fs的超短脉冲和91nm的光谱宽度。实验很好的验证了负色散镜补偿色散的优点,为国内啁啾镜的研制创造了条件。     

光学元件群延迟的直接测量

提出了一种测量群延迟的新方法,利用白光干涉仪产生的光谱干涉,通过时间频率联合分析直接得出群延迟,减小了传统相位差分方法产生的误差,并通过测量结果减去系统背景,进一步提高了光学元件色散测量的准确度. 该方法适合于具有复杂色散光学元件群延迟和色散的准确测量,也适合于慢光器件群速度延迟的测量. 关键词： 色散测量 白光干涉 时间频率分析 超快激光     

用于飞秒脉冲锁模激光器中的优化Gires-Tournois反射镜

根据飞秒脉冲锁模钛宝石激光器腔内色散补偿的要求,设定负色散镜的色散目标值,用最优化方法,设计出了负色散Gires-Toumois(G-T)反射镜,计算了光场在优化负色散G－T反射镜不同膜层内的分布,不同波长的光场分量,在优化负色散G－T反射镜内部,穿透深度不同,在720nm-900nm波长范围内,长波分量有较大的穿透深度,因而对长波分量提供较大的时间延迟,将其用于飞秒锁模钛宝石激光器中,取代传统的腔内色散补偿棱镜对,结合半导体可饱和吸收镜（SESAM）自启动锁模,在钛宝石激光器中获得了56fs脉冲。