红外硫系微结构光纤的研究进展

硫系微结构光纤结合了红外硫系玻璃和微结构光纤的优点,在红外指纹区内分子结构鉴别、痕量气体检测、深空探测、红外激光传输等领域具有重大应用价值.本文从结构分类、应用特点和制备技术三方面,对目前红外硫系微结构光纤的研究进展进行了逐一介绍,并对硫系微结构光纤的未来发展进行了展望.     

高激光损伤阈值Ge-As-S硫系玻璃光纤及中红外超连续谱产生

测量了Ge-As-S系列硫系玻璃在中红外波段的飞秒激光损伤阈值,研究了它与玻璃化学组成的关系.基于优化的玻璃组成,采用棒管法制备了芯径为15μm的阶跃折射率非线性光纤.采用飞秒脉冲抽运光纤,研究了光纤中超连续谱(supercontinuum,SC)的产生特性.在研究的Ge-As-S硫系玻璃中,具有化学计量配比的Ge0.25As0.1S0.65玻璃显示出最高的激光损伤阈值.以该玻璃作为纤芯材料、以与其相匹配的Ge0.26As0.08S0.66玻璃作为包层材料制备的光纤的数值孔径约为0.24,背景损耗<2 dB/m.采用4.8μm的飞秒激光抽运长度为10 cm的光纤,获得了覆盖2.5-7.5μm的SC.这些结果表明,Ge-As-S硫系玻璃光纤是一种有潜力的中红外高亮度宽带SC产生的非线性介质.     

5 kW全光纤结构1018 nm激光合成

光纤激光同带抽运方案具有泵浦亮度高、量子亏损小等优势,有着巨大的功率提升潜力,是近年来国际上的研究热点。1018 nm光纤激光可作为高功率掺镱光纤激光器的高效同带抽运源,但是单个1018 nm光纤激光器输出功率有限,光束合成是突破这一局限的重要方案。基于19台单模1018 nm光纤激光器和一个191光纤功率合束器,搭建了一套全光纤结构激光合成系统,实现了5 kW的1018 nm合成激光输出。     

2μm泵浦中红外硫化玻璃光纤拉曼激光器的理论分析与优化

根据2μm掺铥光纤激光泵浦中红外硫化玻璃光纤拉曼激光器的模型,采用非线性耦合方程组对激光器的性能进行了研究与分析。同时,对激光器各参数包括光纤长度、输出耦合器反射率、光纤散射损耗对激光器性能的影响进行了分析并给出了优化结果。数值仿真结果表明,在一定条件下,2μm泵浦硫化玻璃光纤产生拉曼激光的斜率效率可以超过85%。另外,光纤长度和输出耦合器反射率不仅对输出激光功率的影响很大,而且是相互影响的,必须同时进行优化。结果也表明,输出激光的功率随光纤散射损耗增加急剧线性下降。以上的结果可以用于硫化玻璃光纤级联拉曼激光器的实验指导和优化设计。     

半导体抽运的单程中红外光纤气体激光器

报道了半导体抽运的单程中红外光纤气体激光器。用一个被调制放大的可调谐1.5μm半导体激光器抽运一段长为2.3m、充低压乙炔气体的低损耗负曲率空心光子晶体光纤(HC-PCF),实现了单程有效的中红外(3.1~3.2μm)激光输出,气压为200Pa时光-光转换效率大于14.5%,100Pa时激光阈值小于100nJ。为实现高效紧凑的大功率中红外光纤激光器提供了一条可能的技术途径。     

短波红外激光在光电侦察与反侦察中的应用

分析了磷化体半导体激光器、掺铒光纤激光器、掺铒固体激光器和基于光学参量振荡器的固体激光器等4种典型短波红外激光器的技术特点与现状,叙述了它们在光电主动侦察和反侦察中的应用。为了满足军用光电系统对激光设备的小型轻量化要求,如何提高半导体激光器、光纤激光器和掺铒固体激光器输出功率/能量,已经成为短波红外激光器发展的主流方向。指出基于光学参量振荡器的固体激光器在远距离选通观察、闪光成像雷达和激光损伤方面的优势依然非常明显,还应进一步提高激光输出能量和激光重复频率。     

高效率中红外可调谐激光器

中红外波段光在大气环境监测、医学、特殊环境远距离监控以及光谱学研究等诸多领域有重要的应用价值。产生中红外激光主要有以下技术途径：气体激光器、化学激光器、二极管激光器、稀土掺杂固体激光器、光纤激光器和光参量振荡器（OPO）等。基于OPO技术的可调谐中红外固体激光器由于其具有波长调谐范围宽（2～12μm）、转换效率高、结构紧凑、重量轻、维护简单等特点。     

中红外超快光纤激光器研究进展

中红外波段覆盖重要的分子吸收区与多个大气透射窗口,该波段的超快激光器在多个领域具有广泛应用。基于光纤的中红外超快激光器近年来在激光发射与传输、超快脉冲产生与应用等方面发展迅速,为中红外波段超快激光开辟了新的研究手段与应用领域。综述了近十年来中红外超快光纤激光器的发展概况,介绍了近年来中红外波段的激光传输与增益手段。其中,重点回顾了近年来中红外超快脉冲产生技术的研究进展及其代表性工作,包括非线性偏振旋转、可饱和吸收体以及频移反馈锁模技术。此外,还介绍了中红外超快脉冲的压缩放大技术与超连续谱产生应用。最后讨论并总结了中红外超快光纤激光器面临的挑战与可能的发展方向。     

基于光学反馈频率锁定的窄线宽稳定中红外激光产生技术研究

中红外精密激光光谱技术在痕量气体检测、基本物理常数测定等领域都有重要应用,然而由于缺乏窄线宽、稳定的中红外光源,很难实现中红外精密光谱测量.本文介绍了一种基于光学反馈频率锁定的窄线宽稳定中红外激光产生技术,分析了光学反馈实现激光到F-P腔锁定的可行性,利用一个高精细度中红外超稳F-P腔作为频率参考,基于光学反馈技术实现了量子级联激光器到该超稳腔的锁定.经过评估得到激光器线宽被压窄到1.1 Hz,压窄激光线宽的同时稳定了激光频率,将激光器的长期漂移控制在20 kHz/12 h.其中,为了获取长时间稳定的光学反馈,基于PDH技术获取了误差信号,用于对反馈相位的实时伺服控制.     

高性能1018 nm光纤及激光器实验研究

对光纤预制棒制备过程中沉积的气体流量、管内压强等参数和光纤掺杂组分进行了研究. 研究发现通过共掺其他元素, 可以使掺镱光纤的荧光谱发生移动. 基于此, 制备了有利于1018 nm激光输出的掺镱双包层光纤. 在增益光纤长度为7 m时, 实现了22.8 W的1018 nm激光输出, 光-光效率接近70%, 并且没有观察到明显的自发辐射和饱和现象. 关键词： 光纤激光器 双包层掺镱光纤 1018 nm     

1GHz,48.8fs高重复频率掺镱光纤飞秒激光器研究

GHz基本重复频率光纤超短脉冲激光器由于具有宽光谱,窄脉宽等优势,在高速光刻,高端制造,天文探测,太赫兹检测,精密仪器等领域应用广泛。然而在实现1GHz以上基本重复频率锁模的前提下,如何输出脉冲宽度在50fs以下的超短脉冲是当前科学研究的难点。文章以实现更宽光谱,更窄脉宽的GHz重复频率光纤超短脉冲激光器为目标,通过非线性偏振旋转锁模(NPR)技术,利用波分复用光纤准直器(WDM-Collimator)缩短激光谐振腔长度,最终实现了48.8fs脉冲宽度的1GHz基本重复频率光纤激光器。该脉冲宽度是当前国际上1μm波段GHz基本重复频率光纤激光器的最窄直接输出脉冲宽度。最后对激光器集成形成样机,并有效降低制造成本,提升了系统稳定性。该激光样机可满足天文光梳、卫星导航等领域空间尺寸的需求,有望推动高重复频率光纤超短脉冲激光器工业化、商业化发展。     

超短脉冲光纤激光器新进展及其应用

超短脉冲光纤激光器是目前激光技术研究领域中最具有活力的研究课题．有着巨大的应用前景。本文介绍超短脉冲光纤激光器的发展概况及最新进展，论述掺稀土超短脉冲光纤激光器原理，对其关键技术及多种新型技术方案做了介绍和比较，分析超短脉冲激光器的应用前景及发展趋势。     

0.9~1.0μm近红外连续光纤激光器的研究进展

波长为0.9~1.0μm的近红外连续光纤激光器在高功率蓝光和紫外激光产生、高功率单模泵浦源、生物医学以及激光雷达等领域具有重要的应用前景,成为近年来的一个研究热点。目前,0.9~1.0μm光纤激光器的增益机制主要有稀土离子增益和非线性效应增益,本文详细梳理了基于这两类增益机制的0.9~1.0μm连续光纤激光器的研究进展,并深入分析了各类激光器存在的技术瓶颈及解决途径,最后对0.9~1.0μm光纤激光器的发展趋势和应用前景进行了展望。     

单模光纤激光极限功率的数值研究

对光纤激光极限功率的探索和其受限因素的分析, 有利于为大功率光纤激光器的发展提供理论依据和实验指导. 本文考虑热效应、光效应、非线性效应和抽运亮度等因素对光纤激光极限功率的影响, 分析了掺镱和掺铥光纤的极限功率和受限因素. 在此基础上, 结合激光在光纤中单模传输的条件, 计算了单模掺镱和掺铥光纤激光的极限功率. 计算结果表明, 在现有技术条件下, 使用常规的976 nm和793 nm激光二极管抽运, 单模掺镱和掺铥光纤激光的极限功率分别为4.2 kW和7.8 kW, 其中单模掺铥光纤激光的功率水平还远低于它的极限功率的原因是受抽运亮度的限制. 最后分析指出减小纤芯的数值孔径和改进少模光束的光束质量是提升单模光纤激光极限功率的重要途径.     

单频光纤激光器研究进展

单频光纤激光器在激光武器、激光雷达、空间激光通信、相干光通信、高精度光谱测量、引力波探测等领域有着广泛的应用前景,受到了研究者的极大关注。从1.0,1.5,2.0μm三种典型工作波段进行归类,综述了单频光纤激光器的国内外研究现状,内容涵盖了单频光纤激光产生、噪声抑制、线宽压窄、连续与脉冲单频激光放大等技术。此外,结合了本课题组在单频光纤激光器方面的研究工作,着重介绍了基于单振荡器和主振荡功率放大器结构的单频光纤激光器近年来的研究进展,并展望了单频光纤激光器的未来发展方向。     

Ge30Sb8Se62硫系玻璃的制备及其10.6μm低损耗空芯光子带隙光纤的设计

硫系玻璃光子晶体光纤在中远红外激光传输领域具有广阔的应用前景。制备了红外波段具有优良透过特性的Ge30Sb8Se62硫系玻璃,并以此为基质材料设计了一种适合于高功率中红外激光传输的带隙型光子晶体光纤。利用平面波展开法和有限元法分析了不同结构下该光纤的光子带隙、模场面积和限制损耗特性。通过优化光纤的结构参数,获得了在10.6μm处限制损耗小于0.1dB/m的大模场(模场面积大于100μm2)光子晶体光纤。     

Te基远红外硫系玻璃光纤的制备及性能分析

随着光学技术由可见向中、远红外等长波长领域的发展,可透远红外的玻璃光纤研究成为近年来光学领域的发展热点之一.传统含Se的Te基硫系光纤无法工作于12μm以上的远红外.本文研究了新型GeTe-AgI硫系玻璃体系的提纯制备,利用挤压技术,制备了阶跃型GeTe-AgI远红外光纤,其光学损耗为:15.6 dB/m@10.6μm,整体低于24 dB/m@8—15μm.在实验过程中,首先采用传统的熔融-淬冷法和蒸馏纯化工艺制备了GeTe-AgI高纯玻璃样品.利用差示扫描量热仪、红外椭偏仪、红外光谱仪等测试了玻璃的物理性质和红外透过性能,分析了提纯工艺、AgI原料纯度对玻璃形成以及透过的影响,最后采用分步挤压法制备了芯包结构光纤.实验结果表明:蒸馏提纯和AgI原料纯度对玻璃的透过性能有着决定性的影响,同时Te含量的增加影响了玻璃的抗析晶能力,但新型挤压制备工艺和有效提纯技术共同保障了较低损耗Te基光纤的制备,所获得的GeTe-AgI光纤具有远红外宽谱应用的潜能(工作波段5.5—15μm)并且绿色环保,可以满足CO_2激光的能量传输和远红外传感应用.     

掺钕保偏光纤激光器的研究

对掺钕光纤激光器输出功率沿光纤的分布以及不同光纤长度下抽运功率和输出功率沿光纤的分布进行了数值模拟.以808nm半导体激光器为抽运源，掺钕双包层保偏光纤为增益介质，对保偏光纤激光器进行了探索性的实验研究.分别就光纤不同弯曲形状和弯曲半径对激光器输出功率指标和偏振特性的影响进行了研究，实验中发现在1060nm和1092nm处有两个峰值.在波长1060nm处得到了7.35W的连续偏振激光输出，斜率效率为58.3％. 关键词： 激光技术 光纤激光器 掺钕保偏光纤 偏振     

LD泵浦瓦级单模高掺铒中红外光纤激光器(英文)

中红外激光在激光医疗、激光光谱学和红外对抗等领域有着广泛的应用前景.为了获得结构紧凑、便携性好的中红外激光源,采用975nm半导体激光器泵浦高掺铒氟化物双包层光纤实现了2.8μm的中红外光纤激光输出.将光纤耦合输出的中心波长为975nm的半导体激光,经过消像差非球面透镜系统耦合进双包层光纤,激光谐振腔由高反镜和具有4%菲涅耳反射率的光纤端面组成,当注入到增益光纤的泵浦功率高于0.37 W时,获得了中红外激光输出.实验结果表明:中红外光纤激光器中心波长为2.785μm,谱宽0.9nm;工作阈值为0.37W,最大输出功率为0.98W,斜率效率为17%,激光工作模式为单模.利用高掺杂浓度铒离子间的能量转移上转换,获得了高效率瓦级单模中红外光纤激光输出.     

飞秒光纤激光相干合成技术最新进展

飞秒光纤激光器具有平均功率高、散热性能佳、光束质量好和空间体积小等优势,在基础研究、工业加工、生物医疗等方面得到越来越广泛的应用.相干合成技术能够有效克服光纤中有害的非线性效应和热效应的影响,进一步提高飞秒光纤激光器输出的脉冲能量和平均功率.本文介绍高功率飞秒光纤激光器相干合成的基本技术路线,重点阐述相干合成技术中关于填充孔径相干合成与平铺孔径相干合成的最新研究进展,并详细介绍相干合成技术中不同类型主动相位锁定技术的基本原理.相信在不远的将来,飞秒光纤激光相干合成系统的单脉冲能量和平均功率将不断攀升,从而开创许多崭新的研究领域.