非线性偏振旋转锁模自相似脉冲光纤激光器的研究

利用耦合非线性薛定谔方程（CNLSE）为非线性偏振旋转（NPE）锁模自相似光纤激光器建立了一种新的数值模型.模型中,用CNLSE描述脉冲在单模光纤中的传播,在增益光纤中同时考虑了增益带宽和增益饱和作用,用传输矩阵描述构成NPE锁模的光学元件.优化了腔内净色散和光纤长度等参数,模拟了脉冲在激光腔内的演化特性,得到了典型的自相似脉冲运行区域及特点.在最佳自相似脉冲运行区域内,得到了能量约为7 nJ、脉宽约11 ps、线性啁啾的抛物脉冲.比较了不同腔内净色散条件下输出脉冲的特点,给出了三阶色散对输出脉冲的影响. 关键词： 自相似脉冲 非线性偏振旋转锁模 耦合非线性薛定谔方程 数值模拟     

基于石墨烯可饱和吸收体的纳秒锁模掺铥光纤激光器

报道了一种基于石墨烯可饱和吸收体的纳秒锁模掺铥光纤激光器.该激光器采用环形腔结构,利用自制的三层石墨烯薄膜作为可饱和吸收体实现锁模.同时在腔内插入一个窄带光纤光栅,约束腔内起振的纵模数,适当调节抽运功率和偏振控制器的角度,得到了重复频率为3.8 MHz、脉宽在3.8—94.3 ns之间灵活可调的2μm纳秒锁模脉冲输出,整个脉宽调节范围超过90 ns.此外,由于获得的兆赫兹纳秒锁模脉冲时间带宽积在49—1119范围内,即存在强烈的啁啾,因而可作为2μm波段啁啾脉冲放大系统中的种子源使用.     

正色散激光器中的增益导引孤子

采用非线性薛定谔方程模拟了全正色散介质激光器中实现脉冲锁模输出的动态过程,理论表明,不同于工作于净色散为负的孤子锁模激光器以及腔内具有色散延迟线净色散为正的色散管理孤子和自相似脉冲锁模激光器,在纯正色散介质构成的锁模激光器中,增益饱和和增益窄化对形成稳定的锁模脉冲起重要的作用,在两者的作用下脉冲形成增益导引孤子.采用不同的锁模方式在纯正色散光纤锁模激光器中得到了稳定的增益导引孤子锁模,实验结果与理论模拟一致. 关键词： 锁模 正色散 增益导引孤子     

1.34μmNd：YAP激光器的被动锁模

演示了氙灯泵浦的Nd:YAP激光器在波长1.34μm处的被动锁模,利用染料BDN-3e溶解于二甲亚砜作为可饱和吸收体,获得了波长为1.34μm的被动锁模脉冲序列输出.锁模脉冲序列的总能量达到2.2mJ,每个脉冲的平均脉宽为120ps.     

氧化石墨烯被动锁模掺镱光纤激光器多脉冲现象的实验研究

利用氧化石墨烯作为可饱和吸收体,在被动锁模全正常色散掺镱光纤激光器中研究了多脉冲的现象,在同一抽运功率不同偏振态下,实验获得了矩形脉冲谐波锁模、耗散孤子谐波锁模、准谐波锁模,脉冲峰值周期性调制,脉冲簇、脉冲束、混沌多重脉冲的多脉冲现象,插入激光腔内的2nm窄带滤波器具有限制增益带宽、对脉冲塑形、诱导多脉冲产生的作用,调节偏振控制器相当于改变腔内增益,是实现不同类型多脉冲现象的主要原因,本实验研究有利于加深对多脉冲动力学行为在正常色散区域氧化石墨烯锁模掺镱光纤激光器中的理解。     

高功率脉冲在大模场掺Yb3+光纤中的自相似传输放大特性

分析了高功率脉冲在增益光纤中传输放大时非线性薛定谔方程的自相似解,得出注入光的脉宽和能量满足一定关系时,优化增益光纤的长度,才能满足种子光脉冲在增益光纤中的自相似传输放大.揭示了高功率种子光脉冲在光纤中自相似演化的特征参量.此外,模拟了注入能量为400 pJ,脉宽为200 fs,波形分别为正割、高斯以及3阶超高斯的种子光脉冲在纤芯为30μm的大模场增益光纤中的传输放大特性.结果表明3种波形的种子光脉冲的时间波形与光谱均演化为抛物形,时间波形与光谱均发生展宽,但光谱两侧均发生抖动.自相似传输放大后,脉冲为线性啁啾,易于压缩,对实现全光纤高功率超短脉冲产生系统具有重要意义.     

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.     

基于铋可饱和吸收体的超快激光产生

采用磁控溅射沉积法在微纳光纤表面上镀一层纳米级厚度的铋薄膜,制备了一种微纳光纤-铋膜结构的可饱和吸收体.在1.5μm处的非线性光调制深度为14%.将其应用到掺铒光纤激光器中,在1.5μm波段获得稳定的超快脉冲激光产生,脉宽为357 fs,输出功率为45.4 mW,单脉冲能量为2.39 nJ,信噪比为84 dB.实验结果表明,利用磁控溅射法可制备出大调制深度的可饱和吸收体,为获得高能量超短脉冲激光输出提供新方案.     

基于增益诱导光纤激光器的实验研究及理论分析

利用非线性偏振旋转技术,实现了正色散掺铒光纤激光器的自启动锁模,产生了一种新型的增益诱导孤子脉冲输出.该类型脉冲的光谱近似为矩形,半高全宽光谱宽度可达19 nm以上,脉宽为皮秒量级.增益诱导孤子脉冲的形成是增益饱和、光谱滤波效应、腔内色散和各种非线性效应共同作用的结果.同时还分析了脉冲啁啾特性及峰值功率等参数.当抽运功率增加时,该激光器还可以实现双脉冲模式下运转. 关键词： 光纤激光器 增益诱导孤子 啁啾     

全光纤化2.8μm中红外被动调Q激光器数值分析

提出了一种实现全光纤中红外激光器脉冲运转的方法。利用氟化物玻璃中镝离子(Dy³⁺)的2.8μm波段的吸收截面与铒离子(Er³⁺)发射截面重合的特性,将掺镝氟化物光纤作为中红外波段的可饱和吸收体,实现2.8μm掺铒氟化物光纤激光器全光纤结构的被动调Q脉冲运转;通过在可饱和吸收体两端引入中心波长为3.1μm的光纤光栅,解决Dy³⁺上能级寿命较长所导致的高泵浦功率下Dy³⁺吸收饱和、进而导致被动调Q失效的问题。基于该结构建立了2.8μm被动调Q掺铒光纤激光器的速率方程模型,计算了可饱和吸收体的参数及其两端的谐振腔反馈条件对2.8μm激光器的脉冲运转功率和时间特性的影响。计算结果表明,通过在可饱和吸收体两端引入光纤光栅可以加快可饱和吸收体的恢复过程,使激光器能够在高泵浦功率下保持调Q脉冲运转。     

飞秒被动锁模环形腔掺Er3＋光纤激光器

在考虑增益、损耗、群速度色散、自相位调制、快速可饱和吸收体等各种参数同时作用情况下，分析了非线性偏振旋转效应自启动锁模机理，研究了腔体参数与锁模脉冲之间的关系，并给出飞秒被动锁模环形腔掺Er3＋光纤激光器实验原理。实验采用性能稳定的980nm半导体激光器作为抽运源，高掺杂短长度掺Er3＋光纤作为增益介质，利用非线性偏振旋转锁模技术，得到了稳定的飞秒自起振锁模光脉冲。抽运功率为23mW时，激光器输出锁模脉冲中心波长1552nm，3dB带宽为7.6nm，重复频率14.0MHz，平均输出功率0.43mW，自起振锁模泵浦阈值功率11.5mW,并观测到了稳定的高阶锁模脉冲输出。该激光器与报道过的相同结构光纤激光器相比,自起振泵浦阈值低、脉冲能量高、稳定性好，且频谱边带幅度小。     

基于非线性放大环镜锁模铥钬共掺光纤激光器的多孤子脉冲现象实验

利用非线性放大环镜作为人工可饱和吸收体,在铥钬共掺光纤激光器中研究了多孤子脉冲现象.在同一泵浦功率不同偏振状态下,实验不仅获得了稳定的单个孤子脉冲,还观察到由单个孤子脉冲演化为2至4个孤子的锁模脉冲现象;在保偏光运行条件下增加泵浦功率,获得了孤子能量量化的演化过程.所得结果主要源于腔内弱的双折射效应等效的滤波器具有限制增益带宽和诱导多脉冲产生的作用.而调节偏振控制器对腔内增益的改变,是不同类型多脉冲现象出现的主要原因.研究结果对2μm波段非线性放大环镜光纤激光器多孤子锁模脉冲动力学特性的研究具有一定参考价值.     

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。     

掺Er3+氟化物光纤振荡器中红外超短脉冲的产生

基于非线性薛定谔方程建立了氟化物(ZrF₄-BaF₂-LaF₃-AlF₃-NaF, ZBLAN)光纤振荡器中产生中红外超短脉冲的理论模型, 在此基础上研究了中红外超短脉冲在氟化物光纤振荡器中形成的物理机理, 数值模拟了氟化物光纤振荡器中中红外超短脉冲的演化过程. 分析了腔内净色散和小信号增益系数对振荡器中锁模脉冲产生的影响, 并给出了参数设置范围. 研究发现: 当掺Er³⁺氟化物光纤长度, 小信号增益系数, 不饱和损耗为一定值时, 腔内净色散在一定范围内才会出现稳定的锁模脉冲, 且随着腔内净色散增加脉冲宽度变宽, 光谱变窄, 峰值功率降低; 当掺Er³⁺氟化物光纤长度及不饱和损耗一定, 腔内净色散量为合理值, 小信号增益系数在合理的范围时可以得到稳定的锁模脉冲, 且随着小信号增益系数的增加脉冲宽度变宽, 光谱变宽, 峰值功率增加.     

采用半导体量子阱薄膜实现Nd:YAG激光器被动锁模

采用金属有机化学气相淀积(MOCVD)法在InP衬底卜低温生长6个周期的InGaAsP多量子阱薄膜,薄膜对1.06μm激光的小信号透过率为23%.该薄膜兼作Nd:YAG激光器的可饱和吸收体及耦合输出镜,实现1.064 μm激光的被动锁模运转,获得平均脉宽23 ps,能量15 mJ的单脉冲序列.采用射频磁控溅射法在石英衬底上制备4个周期的Si/SiNx多量子阱薄膜,样品在氮气环境下以1000℃退火30 min后,插入Nd:YAG激光器腔内,实现1.064μm激光的被动锁模,获得脉宽30 ps的脉冲序列.多量子阱半导体薄膜作为可饱和吸收体实现激光器的被动锁模具有成本低、设计和制作简单、运转稳定和使用方便的优点.     

增益色散和双光子吸收对光纤放大器中自相似脉冲的影响

以包含增益色散、增益饱和、三阶色散、自陡峭、自频移等高阶效应的光纤放大器为研究对象,对其产生渐近抛物型自相似脉冲的条件及传输特性进行了详细的讨论.结果表明,合理选择系统参数,在渐近约束条件下,可以获得不同振幅和脉宽大小的自相似脉冲;此外,非线性增益(或吸收)与非线性谱宽限制在自相似脉冲存在的范围内近似成线性比例关系,且脉冲的有效脉宽,功率,峰值振幅及能量的大小及增长速度也将随参数的变化面变化.相关结果将为实验中调节光纤放大器以及系统参数的选择提供一定的理论参考.     

自调Q、自锁模铒/镱共掺光纤激光器

研究了结构新颖的环形腔铒/镱（Er/Yb）共掺双包层光纤激光器.为了获得高功率激光输出,使用6个激光二极管（LD）同时抽运Er/Yb共掺光纤,采用光纤光栅（FBG）Sagnac环作为波长选择器,得到了中心波长为1548.11 nm、谱线宽度为0.06 nm的窄线宽激光输出;并利用增益光纤作为可饱和吸收体,实现了自调Q、自锁模脉冲输出.当抽运功率为719 mW时,激光器输出自调Q脉冲,脉冲周期为20μs,脉冲宽度为2.8μs,脉冲的平均功率为38.4mW,峰值功率为274.3mW;当抽运功率为3.6 W时,激光器输出自锁模脉冲,脉冲宽度为4ns,平均功率为319 mW,脉冲峰值功率大于10 W,重复频率为7.937 MHz.     

基于二维材料异质结可饱和吸收体的超快激光器

可饱和吸收体作为非线性光学行为的物质载体,是获得超快激光的关键材料.基于石墨烯、过渡金属硫化物、拓扑绝缘体、黑磷等二维材料为代表的可饱和吸收体具有不同的光学优点,但仅依赖某一方面光学优势的单一材料,很难避免其应用的局限性.通过异质结结构结合不同二维材料的优势,达到光学互补效应,为制备高性能的新型可饱和吸收体,实现短脉宽高峰值功率的输出提供了思路和借鉴.本文总结了异质结可饱和吸收体的制备方法、能带匹配模型、电子跃迁机理,并从工作波长、输出脉宽、重复频率、脉冲能量等重要参数对国内外基于二维材料异质结激光器的研究进展进行了综述,此外,对二维材料异质结在光调制器、超快激光、可饱和吸收体、光开关等方向的发展前景进行了展望.     

对撞脉冲锁模环形染料激光器的运转特性(英文)

研究了用DODCI和DQOCI染料作为可饱和吸收体的对撞脉冲锁模环形染料激光器的运转特性。提供锁模脉冲宽度、激光器以稳定单脉冲工作的稳定性范围和阈值泵浦功率等,对吸收体染料浓度依赖关系的测试结果。表明了用此激光器,在低的泵浦功率(约2W)下,日常能产生脉宽为0.12ps、峰值功率为1kW的稳定脉冲。给出用光谱分辨的二次谐波自相关法测量输出脉冲的结果,证实在锁模脉冲中已发生频率调制。实验中发现用DQOCI染料作为可饱和吸收体时,激光输出光谱由黄光和红光两个分立部分构成。当黄光的振荡被抑制时,锁模稳定性改善且输出脉冲形状整齐、前后沿包含很小的能量。     

同步泵浦飞秒激光锁模理论研究

考虑到饱和增益、饱和吸收、群速弥散和自相位调制等效应对光脉冲的作用,我们给出了一个适用于飞秒脉冲激光系统的锁模方程。并且用这个方程初步地研究了同步泵浦被动锁模的染料激光器。结果表明,染料光脉冲的输出特性将极大地取决于腔内色散、S参数、饱和吸收体的浓度、腔长失谐量等因素。