高能量掺Yb偏振型大模场面积光子晶体光纤孤子锁模飞秒激光器

实验研究了基于掺Yb偏振型大模场面积光子晶体光纤的孤子锁模激光器,获得了高脉冲能量的飞秒激光输出. 激光器基于线形腔结构,利用光栅对补偿腔内色散,并通过半导体可饱和吸收镜实现锁模的自启动. 实验中从振荡级直接获得了平均功率为700mW, 重复频率为47.3MHz(对应于14.8 nJ的单脉冲能量),脉冲宽度为518 fs的稳定锁模脉冲输出. 与普通孤子锁模飞秒光纤激光器相比,输出的单脉冲能量提高了两个数量级. 关键词： 光子晶体光纤 飞秒 光纤激光器 孤子锁模     

两个光纤激光器的互相注入锁定

光纤激光器的相干合成技术是实现高功率、高亮度光纤激光系统的重要技术途径.利用分束器分光使两个光纤激光器的能量互相注入，从而使两个光纤激光器达到锁相锁模实现相干输出. 实验研究表明：在独立运行的情况下，两个光纤激光器的远场光斑只是两个激光器光强的简单叠加；在互相注入锁定的情况下，两个光纤激光器的远场光斑是具有高对比度的干涉条纹，并得到两个激光器的输出模式总为异相模.这与理论分析的结果相一致. 关键词： 光纤激光器 相干合成 锁相     

光纤放大器阵列的远场特性研究

从光纤激光器阵列相干合成远场光强分布的解析表达式出发，详细研究了阵列占空比、阵元个数以及阵元的相位误差对相干合成远场图样分布、中心主瓣的角宽度及所占能量的影响. 给出了占空比为12.5%时，三路保偏光纤放大器相干合成的实验结果. 关键词： 光纤激光器阵列 相干合成 相位     

光纤飞秒激光五倍频产生206 nm深紫外激光

深紫外飞秒激光兼具深紫外激光单光子能量高和飞秒激光峰值功率高的优势,这使得深紫外飞秒激光在半导体晶圆检测和角分辨光电子能谱等领域被广泛应用,但是色散导致的群速度失配使得深紫外飞秒激光的输出变得十分困难,本文基于掺镱光纤飞秒激光器,实现了一种基于延迟线的深紫外飞秒激光脉冲产生方案.通过优化延迟线精确补偿时间走离,基于掺镱飞秒光纤激光五倍频获得了重复频率为1 MHz、中心波长为206 nm的深紫外飞秒激光输出,其平均功率102 mW,从近红外到深紫外的转换效率为4.25%.     

303MHz高重复频率掺Er光纤飞秒激光器

高重复频率掺Er光纤飞秒激光器在光学频率梳、超高速光学采样等领域具有很重要的作用. 本文采用非线性偏振旋转锁模机理, 在掺Er光纤飞秒激光器中实现了重复频率为303 MHz的锁模脉冲输出. 通过优化腔内色散, 激光器腔内色散在零色散附近偏负值, 锁模后工作在展宽脉冲锁模状态. 在817 mW抽运功率下, 激光器在连续光状态下可以输出125 mW的平均功率, 在锁模状态下可以输出69 mW的平均功率, 脉冲宽度为90 fs. 当抽运功率处于700-817 mW时, 激光器可以实现自启动锁模. 激光器重复频率在5 h内的漂移量为30 Hz.     

两光纤激光器相干合成的实验研究

利用迈氏腔技术,进行了光子晶体光纤(PCF)激光器相干合成的实验研究,实现了两光子晶体光纤激光器的相位锁定,获得了功率为47W的相干输出.解释了在迈氏腔的两个输出光路上分别实现相干相长和相干相消的物理机理.实验结果表明,合成激光光谱较单台PCF激光器的激光光谱有显著的改善,波长带宽小于5nm. 关键词： 光子晶体光纤 相位锁定 迈氏腔 光纤激光器     

两路双包层光纤激光器互注入锁相实验研究

提出了一种利用45°半透半反分束镜和角锥反射器实现两路光纤激光器的能量相互注入,从而获得相干合成激光输出的新方法,分析了其锁相原理.在实验上成功实现了两路独立振荡双包层光纤激光器的互注入锁相输出,在远场观察到了清晰稳定的干涉条纹（可见度约0.57）,获得了超过10W的相干合成激光输出,功率合成效率约为76%.实验表明,这种互注入锁相方法可以在更高功率条件下运行,是光纤激光相干合成领域一种有前途的新技术. 关键词： 光纤激光器 相干合成 互注入锁相     

激光器阵列的部分相干性对相干合成远场输出特性的影响

对于相干合成的光纤激光器阵列来说,如何定量的分析阵列的相干性对于评价阵列的性能具有极其重要的意义.文章推导了光纤激光器阵列部分相干合成远场强度分布的解析表达式,详细探讨了激光器阵列的部分相干性对相干合成远场图样分布、中心主瓣宽度、斯特列尔比、桶中功率的影响.最后采用主振荡并联放大器方案对三路掺镱光纤放大器进行实时相位探测与校正,实验给出了三路光纤放大器相干合成的结果. 关键词： 光纤激光器阵列 相干合成 相干度     

高稳定性、高质量脉冲压缩飞秒光纤激光系统研究

报道了一款用于眼科手术的高稳定性、高质量脉冲压缩飞秒光纤主振荡功率放大系统. 振荡器采用混合腔方式增加了光纤双折射, 改善了非线性偏振旋转锁模在低重复频率下无法自启动的缺点, 提高了飞秒光纤激光器自启动锁模的稳定性. 研究了脉冲预啁啾与飞秒脉冲压缩质量的关系, 通过实验证明了光纤放大器的入射脉冲保持负的预啁啾状态可以得到最好的脉冲压缩结果. 实验最终实现了满足自启动锁模条件的重复频率19.4 MHz、平均功率1.2 W、脉冲宽度183 fs的激光脉冲, 目前这台激光器是国内首台具有自主知识产权并应用于动物角膜实验的飞秒光纤激光器.     

一种实现高功率输出的新型光纤激光器

介绍了一种实现光纤激光器高功率输出的新方法--采用螺旋芯光纤,这种光纤是在光纤制作过程中按照一定的弯曲半径使纤芯呈螺旋状排布在光纤包层中.介绍了这种螺旋芯光纤的原理和其提高输出功率的能力,以及目前的理论与实验研究现状.基于该光纤,提出了一种光纤激光器相干合成新思想.     

88 W 0.5 mJ femtosecond laser pulses from two coherently combined fiber amplifiers

The generation of 0.5 mJ femtosecond laser pulses by coherent combining of two high power high energy fiber chirped-pulse amplifiers is reported. The system is running at a repetition frequency of 175 kHz producing 88 W of average power after the compressor unit. Polarizing beam splitters have been used to realize an amplifying Mach-Zehnder interferometer, which has been stabilized with a H?nsch-Couillaud measurement system. The stabilized system possesses a measured residual rms phase difference fluctuation between the two branches as low as λ/70 rad at the maximum power level. The experiment proves that coherent addition of femtosecond fiber lasers can be efficiently and reliably performed at high B-integral and considerable thermal load in the individual amplifiers.     

不同波形脉冲激光的时域误差对相干合成的影响

相干合成技术是实现高功率、高亮度光纤激光系统的重要技术途径.然而, 脉冲激光阵列中常常存在时域误差,这将影响脉冲激光的相干合成效果. 建立了脉冲激光存在时域误差时的相干合成理论模型,并在不同波形(方波、三角波、正弦波) 的脉冲激光存在时域误差时,对相干合成光束在远场的脉冲波形、峰值功率、 光强分布和桶中功率(PIB)等特性进行了数值计算和对比分析.计算结果表明: 方波脉冲激光相干合成光束的脉冲波形受时域误差影响严重,光强分布和PIB随着时域误差 的增大发生线性变化;三角波脉冲激光相干合成光束的脉冲波形和峰值功率受时域误差 影响严重,光强分布和PIB在时域误差较大时随着时域误差的增大发生较为剧烈的变化; 正弦波脉冲激光相干合成光束具有较好的输出特性,在两路正弦波脉冲激光相干合成中, 将两脉冲之间的时延控制在脉冲持续时间的10%以内,就能取得良好的合成效果.     

基于光纤中超短脉冲非线性传输机理与特定光谱选择技术的多波长飞秒激光的产生

高集成、高可靠性宽调谐飞秒激光源在超快光谱学、量子光学及生物成像等研究与应用领域具有重要价值.如在生物多光子显微成像中,具有适中能量的宽调谐飞秒激光源不仅可满足多种生物组织荧光激发所需的峰值功率与激发波长,而且也可以显著提升非线性荧光产生效率、成像分辨率以及增大成像穿透深度.采用自主研发的高可靠性全保偏光纤飞秒激光器作为抽运源,基于低色散光纤中高峰值功率飞秒激光脉冲非线性传输引起的光谱加宽机制,本文开展了多波长全光纤飞秒激光产生技术研究.通过采用中心波长在980, 1000,1050, 1070与1100 nm的带通滤波片选择性地对单模光纤输出光谱中最左边与最右边光谱旁瓣进行滤波,在上述中心波长处分别可获得203, 195, 196, 187与194 fs的激光输出.本文提出的基于全光纤飞秒激光脉冲在单模光纤中非线性传输引起的光谱加宽机制与特定光谱选择技术的实验方案为高集成、高可靠性宽调谐飞秒激光源的实现提供了新的研究途径.     

Ultrafast fiber lasers for strong‐field physics experiments

The recent demonstration of rare‐earth‐doped fiber lasers with a continuous‐wave output power approaching the 10‐kW level with diffraction‐limited beam quality proves that fiber lasers constitute a scalable solid‐state laser concept in terms of average power. In order to generate high peak power pulses from a fiber several fundamental limitations have to be overcome. This can be achieved by novel experimental strategies and fiber designs that offer an enormous potential towards ultrafast laser systems combining high average powers (> kW) and high peak power (> GW). In this paper the challenges, achievements and perspectives of ultrashort pulse generation and amplification in fibers are reviewed. This kind of laser system will have a tremendous impact on strong‐field physics experiments, such as the generation of coherent light by high‐harmonic generation. So far, applications in the interesting EUV spectral range suffer from the very low photon count leading to nonrelevant integration times with highly sophisticated detection schemes. High repetition rate high average power fiber lasers can potentially solve this issue. First demonstrations of high repetition‐rate strong‐field physics experiments using novel fiber laser systems will be discussed.     

Yb-Bi pulsed fiber lasers

A new type of pulsed fiber laser is suggested and developed - Yb-Bi lasers. In such lasers the Yb fiber laser is Q-switched by use of a saturable absorber, a Bi-doped fiber placed in its own resonator, and pulsed lasing is obtained in both fiber lasers. Continous-wave diode-clad pumping of the Yb-Bi lasers at a 975 nm wavelength with power up to 16.5 W results in pulsed laser action in a spectral diapason of 1050-1200 nm with a maximum pulse energy of up to 100 microJ, an average power up to 7.5 W, and a repetition rate up to 100 kHz.     

一种教学用简易飞秒光纤激光器的研制

介绍了一种适合于日常高校光学或光电技术专业的研究生和高年级本科生熟悉、了解飞秒激光教学实验用的飞秒光纤激光器.该飞秒激光光源基于非线性旋转偏振效应被动锁模原理,输出脉冲宽度为440 fs、脉宽带宽积为0.362、中心波长在1560 nm附近、平均输出功率为12mW、脉冲重复频率为31.15MHz.     

High-energy soliton pulse generation with a passively mode-locked Er/Yb-doped multifilament-core fiber laser

We report the generation of high-energy short pulses from a mode-locked erbium/ytterbium-doped large-mode-area multifilament-core fiber laser operating in the purely anomalous dispersion regime. The self-starting fiber laser emits 400 mW of average output power at a pulse repetition rate of 44 MHz, corresponding to a pulse energy of 9.1 nJ. The laser produces near transform-limited output pulses with pulse duration of 1.6 ps, corresponding to 5 kW peak power. This new type of low-nonlinearity fibers demonstrates the power and energy scaling potential of fiber-based short pulse lasers in the eye-safe region.     

High-energy femtosecond stretched-pulse fiber laser with a nonlinear optical loop mirror

A stretched-pulse fiber laser with a nonlinear optical loop mirror (NOLM) that produces 100-fs pulses with 1-nJ energy is demonstrated. These results constitute a 30-fold increase in pulse energy over previously reported femtosecond fiber lasers with a NOLM. Compared with previous stretched-pulse lasers, this laser offers a cleaner spectrum and improved stability, with comparable pulse duration and energy. Implications for the construction of truly environmentally stable lasers are discussed.     

高功率光纤激光的时间部分相干性对相干合成的影响

 将多个光纤激光器的输出光束进行相干合成是获得高功率、高光束质量激光的有效途径。利用准部分相干光(PPCB)模型，计算了高功率光纤激光器阵列发出的部分相干光在远场的能量分布，分析了激光的时间部分相干性对相干合成的影响。计算结果表明，随着单根激光器输出光束线宽的增大，远场光斑的图样基本保持不变，但峰值功率和Strehl比随之减小。对于采用的算例，要保证远场光斑的Strehl比大于0.8，单根光纤激光器的线宽不能超过5 nm。     

掺镱飞秒激光晶体研究进展

飞秒激光在军事、医学、通讯、加工等领域有着重要应用,已经成为新世纪激光技术领域的研究热点。得益于激光二极管(LD)的快速发展,以LD作为泵浦源成为新型全固态飞秒激光器的发展趋势。Yb^3+离子掺杂的激光晶体材料因其独特的能级结构、宽带吸收与发射等优势,逐渐成为LD直接泵浦并实现1.0μm飞秒激光输出的重要增益介质。详细总结了当前掺Yb^3+飞秒激光晶体的研究进展,分析了目前存在的主要问题,给出了未来飞秒激光晶体发展的两个建议方向:高效率小功率飞秒激光和大功率高能量飞秒激光。以Yb^3+:Sr3Y2(BO3)4晶体为例,详细研究了其晶体生长、光谱、连续与飞秒激光性能,并实现了中心波长在1060 nm处脉宽为116 fs,平均输出功率为1.08 W,光光转换效率为33.1%的高效率飞秒激光输出,表明Yb^3+:Sr3Y2(BO3)4及其同体系晶体是一类优异的高效率飞秒激光材料。