啁啾飞秒激光脉冲形成的光纤光栅的Bragg反射特性

在800nm飞秒脉冲激光照射下光敏玻璃As₂S₃光纤具有双光子吸收 现象，当一束超短激光脉冲与另一束啁啾超短激光脉冲在As₂S₃光纤相遇时，干涉图案将 永久地记录一个空间啁啾光栅.研究了该光栅结构与入射超短脉冲激光脉冲参数的关系，数值计算表明该光栅具有较大的Bragg反射带宽. 关键词： 啁啾光纤光栅 飞秒激光脉冲 双光子吸收效应     

大芯径光纤整形飞秒激光脉冲空间分布的研究

通过将1 kHz重复频率的飞秒放大激光脉冲耦合到大芯径(100μm)阶跃光纤,在27 mm长的光纤中产生了环形空间光强分布,并在3 160 mm的长光纤中观察到平台型的空间光强分布,通过自聚焦效应对该现象进行了解释.结果表明,通过选择合适的光纤,可以实现对放大飞秒激光脉冲的有效空间整形,从而达到改善光束质量的效果.     

飞秒激光制备光纤布拉格光栅高温传感器研究

光纤布拉格光栅具有体积小、耐腐蚀、抗电磁干扰、传感灵敏度高、可实现准分布式测量等优点,是一种重要的光纤传感器件。传统紫外激光制备光纤布拉格光栅时需要对光纤进行载氢预处理,这种方法制备的光纤光栅热稳定较差,无法用于极端高温环境。近年来,随着飞秒激光在玻璃材料微加工领域研究的深入,研究人员开始将飞秒激光应用于光纤光栅的研制,飞秒激光制备光纤光栅具有更好的加工灵活性,无需对光纤进行载氢预处理,也无需剥除光纤涂覆层,而且飞秒光纤光栅具有极佳的高温稳定性。介绍了光纤光栅的飞秒激光加工机理,以及三种典型的光纤光栅飞秒激光制备方法,综述了飞秒光纤布拉格光栅在高温传感领域的研究进展。     

大芯径光纤整形飞秒激光脉冲空间分布的研究

通过将1 kHz重复频率的飞秒放大激光脉冲耦合到大芯径（100 μm）阶跃光纤,在27 mm长的光纤中产生了环形空间光强分布,并在3 160 mm的长光纤中观察到平台型的空间光强分布,通过自聚焦效应对该现象进行了解释.结果表明,通过选择合适的光纤,可以实现对放大飞秒激光脉冲的有效空间整形,从而达到改善光束质量的效果.     

掺Er光纤飞秒激光器中电光晶体对激光器参数的影响

由于受增益介质上能级寿命的影响,掺Er光纤光梳的梳齿线宽一般在百kHz量级.为了实现光梳梳齿线宽的压窄,一种有效的方法是在激光器中增加快速响应的电光晶体,使光纤光梳的伺服锁定带宽提高到百kHz以上,为光纤光梳的快速伺服锁定提供反馈机构.这其中,高品质的飞秒激光器是核心.基于此,本文主要研究了掺Er光纤飞秒激光器中电光晶体对激光器参数的影响.通过计算电光晶体的折射率、色散、相位延迟等参数,分析了电光晶体对激光器参数的影响,并在实验上获得了电光晶体电压对激光器重复频率和载波包络偏移频率的影响,进而通过电光晶体实现了对光纤光梳重复频率和载波包络偏移频率的锁定.通过锁定光纤飞秒激光器与窄线宽激光器的拍频信号,验证了电光晶体的引入使激光器的伺服锁定带宽提高到了236 kHz,为窄线宽飞秒光学频率梳的建立提供了技术基础.     

基于被动补偿的点到多点微波信号光纤稳相传输

微波信号的稳相传输在雷达、空间观测以及卫星导航等领域有广泛的应用。针对目前点对点稳相传输方案传输效率不高以及主动补偿速度较慢等问题,研究并提出了一种基于被动补偿的适用于大范围、多站点微波信号光纤稳相传输的方案。微波信号在本地端经功分器分为两路,分别作为待传信号和分频后的探测信号;待传信号在本地端与经光纤往返传输的探测信号混频获得下变频信号;该下变频信号传输到远端与前向探测信号混频后生成相位稳定的微波信号,通过结构的合理设计实现点到多点稳相传输。经过实验验证后可知:2 GHz信号在10 km光纤链路下多链路分布结构的均方根(RMS)延时抖动为0.968 ps,在11 km光纤链路下单链路分布结构的均方根延时抖动达到1.606 ps。     

具有几个光振荡周期的飞秒激光脉冲

从麦克斯韦方程组出发 ,推导出了具有几个光振荡周期的飞秒激光脉冲在非线性光纤中传输的方程和非线性光纤的折射率。给出了描述具有几个光振荡周期的飞秒激光脉冲在非线性光纤中传输方程的解。研究了在非线性光纤中自相位调制导致具有几个光振荡周期的飞秒激光脉冲频谱展宽 (脉宽压缩 )的详细物理过程。研究了非线性光纤中飞秒光孤子产生的条件     

飞秒激光制作微型光纤干涉传感器的研究进展

飞秒激光脉冲持续时间短、峰值功率高,在对物质进行处理过程中热作用区域小、加工精度高,已成为一种制作高性能、新结构光子器件的重要方法。简单介绍了飞秒脉冲激光微加工的方法和特性,归纳了飞秒激光直写技术在光纤干涉型传感器制作方面的研究进展,包括微型光纤Fabry-Perot干涉传感器和微型光纤Mach-Zehnder干涉传感器,重点介绍了这些光纤传感器的结构、特性和潜在应用。对用该技术制作的微型光纤干涉传感器进行了总结和展望。     

面向Li原子D1线频率测量应用的掺铒飞秒光纤光梳系统

报道了自主研制的面向Li原子D1线频率测量应用的掺铒飞秒光纤光学频率梳,包括飞秒激光源,频率探测及控制单元,光谱展宽及拍频单元.光纤光梳系统中飞秒激光光源是一套基于非线性偏振旋转锁模机制的掺铒飞秒光纤激光器,重复频率为196.5MHz,中心波长为1 572nm.利用f-2f法探测载波包络相移频率,获得信噪比约为40dB的信号(分辨率带宽300kHz).改变飞秒激光光源泵浦控制载波包络相移频率、频率稳定度是3.74×10-18/τ1/2;通过电光晶体和压电陶瓷改变飞秒激光光源腔长来控制重复频率frep、频率稳定度是1.75×10-13/τ1/2.利用高非线性光纤和倍频晶体将光纤光梳直接输出光谱由1 520～1 607nm扩展到671nm,获得了单模功率为208nW的光信号.与671nm单频激光拍频产生约为60dB(分辨率带宽1Hz)信号,满足Li原子D1线频率测量实验的需求.     

塑料光纤微分模延迟的频域相移法研究

塑料光纤的微分模延迟数据对研究塑料光纤的色散特性具有非常重要的意义。采用频域相移法测量了不同长度的两种折射率分布塑料光纤：阶跃型塑料光纤(SI—POF)和渐变型塑料光纤(GI—POF)的微分模延迟曲线。实验结果表明,由于短光纤可以忽略模式耦合和模式损耗,1m塑料光纤的微分模延迟测量值与理论计算值吻合得非常好。因此,频域相移法可以简单、方便、精确地测量塑料光纤的微分模延迟。此外,通过比较不同长度塑料光纤的微分模延迟曲线的变化,可在一定程度上分析光纤中存在的模式耦合。     

Synchronization of mode-locked femtosecond lasers through a fiber link

Two mode-locked femtosecond fiber lasers, connected via a 7 km fiber link, are synchronized to an rms timing jitter of 19 fs, observed over the entire Nyquist bandwidth (half of the 93 MHz repetition frequency). This result is achieved in two steps. First, active cancellation of the fiber-transmission noise reduces timing jitter caused by path length fluctuations to a record level of 16 fs. Second, using a wide bandwidth interactivity actuator, the slave laser is synchronized to the incoming stable pulse train from the reference laser to within 10 fs. These results are confirmed by an optical cross-correlation measurement performed independently of the feedback loop operated in the microwave domain.     

基于阿秒抖动光纤锁模激光器的时钟同步

光纤锁模激光器结构简单, 运转稳定, 且输出的超短脉冲序列具有极高的时钟稳定性, 在抽运探测、脉冲相干合成等要求高精度时钟同步的前沿领域有着广阔的应用前景. 本文通过激光器腔内的电光调制器进行反馈控制, 实现了两台光纤锁模激光器之间的紧密时钟信号同步; 并且通过平衡光学互相关方法, 对残余的时钟误差信号进行了测量, 分辨率达到了13 as. 通过优化激光器的腔内动力学过程及反馈环路的参数, 在[1 Hz, 10 MHz]的积分区间内得到了109 as的残余时钟误差, 对应单台激光器的平均时间抖动为77 as.     

Stretched-pulse mode-locking synchronously triggered by a femtosecond master laser at sub-megahertz repetition rate

A stretched-pulse mode-locked ytterbium-doped fiber laser was passively synchronized to a femtosecond Ti:sapphire laser at a low repetition rate of 240 kHz through large cross absorption modulation along additional 1-m-long erbium-doped fiber. The synchronous fiber laser with an ultra-long fiber cavity could produce not only nanosecond flat-top pulses with tunable pulse duration but also Gaussian-shape stretched pulses with its minimum pulse duration of ∼450 ps as confirmed by cross-correlation measurement. When operating in the stretched pulse regime, the sub-nanosecond fiber laser could be synchronously triggered by the master injection with the cavity-length mismatch tolerance up to ∼7.8 cm and timing jitter less than 400 fs, confirming that the stretched-pulse mode-locking of the ultra-long slave fiber laser could be robustly controlled by cross absorption modulation effects in the erbium-doped fiber with appropriate femtosecond master injection.     

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.     

XFEL飞秒同步与定时系统中光纤长度变化的数字化监测(英)

分析了X射线自由电子激光装置对飞秒同步定时系统的技术需求。系统中采用光纤来传输定时/相位信息。而光纤的光长度会随温度的慢漂而改变,因此通过对比实验研究了温度慢漂对光纤长度变化的影响。研制了基于现场可编程门阵列（FPGA）的数字化相位和幅度检测器对光纤长度变化进行数据监测。百米光纤在典型昼夜温差下导致的时间延迟约6 ps。结果显示此数字化相位和幅度检测器可以用于飞秒同步定时系统的长度变化监测和稳定控制系统当中。     

Timing jitter reduction over 20-km urban fiber by compensating harmonic phase difference of locked femtosecond comb

A novel timing jitter reduction system over a round trip 20-km urban fiber link is reported. The phase difference of the ninth harmonic of a high-repetition-rate mode-locked laser between the local and the returned signals is obtained. Based on the phase difference, the system uses an optical delay line （ODL） to compensate the optical fiber link. The root-mean-square （RMS） timing jitter is reduced from 50 to 8.9 ps in 80 min.     

Long-distance frequency dissemination with a resolution of 10(-17)

We use a new technique to disseminate microwave reference signals along ordinary optical fiber. The fractional frequency resolution of a link of 86 km in length is 10(-17) for a one day integration time, a resolution higher than the stability of the best microwave or optical clocks. We use the link to compare the microwave reference and a CO2/OsO4 frequency standard that stabilizes a femtosecond laser frequency comb. This demonstrates a resolution of 3 x 10(-14) at 1 s. An upper value of the instability introduced by the femtosecond laser-based synthesizer is estimated as 1 x 10(-14) at 1 s.     

Coherent transfer of an optical carrier over 251 km

We transfer an optical frequency over 251 km of optical fiber with a residual instability of 6x10(-19) at 100 s. This instability and the associated timing jitter are limited fundamentally by the noise on the optical fiber and the link length. We give a simple expression for calculating the achievable instability and jitter over a fiber link. Transfer of optical stability over this long distance requires a highly coherent optical source, provided here by a cw fiber laser locked to a high finesse optical cavity. A sufficient optical carrier signal is delivered to the remote fiber end by incorporating two-way, in-line erbium-doped fiber amplifiers to balance the 62 dB link loss.     

飞秒激光制造微型光纤法布里-珀罗干涉传感器

基于飞秒激光光刻技术,提出了光纤端面光刻制造微型光纤法布里-珀罗干涉传感器的方案.该方案解决了传统飞秒激光制造光纤F-P传感器的平行度差的问题,制造了对比度超过20 dB的高灵敏度和高分辨率的微型F-P光纤传感器件.该制造方法简单、参量可控,制作的器件可应用恶劣温度条件下应变的精确测量.     

利用飞秒激光加工碳纤维(英文)

为验证光学加工碳纤维材料的可行性,利用飞秒激光和连续激光对碳纤维块体材料进行了加工。获得了利用飞秒和连续激光加工的表面形貌。与连续激光加工相比,利用脉宽40fs的激光加工效率较高,加工区边缘形貌较好,加工质量较高。通过不同激光功率下加工孔径尺寸的研究获得了飞秒激光加工阈值在1012W/cm2量级。研究结果证明了光学加工碳纤维体材料的可行性。