掺镱光纤-固体高功率超短脉冲放大研究进展

高功率超短脉冲激光器在工业、科研和国防等领域有着广泛应用。光纤-固体混合放大技术将光纤激光器的光束质量好、单程增益大、散热性好等优势和单晶光纤/棒状(块状)固体放大器的脉冲峰值功率高、非线性效应弱等优势结合,是实现结构紧凑、稳定性好、成本低的高峰值功率、大能量超短脉冲激光器的有效手段。总结了近年来1μm波段掺镱光纤激光器、光子晶体光纤放大器、单晶光纤放大器和棒状(块状)固体放大器的国内外研究进展,重点介绍了本课题组在高功率超短脉冲光纤激光器、光子晶体光纤与固体放大器等领域的工作,同时探讨并展望了光纤-固体混合放大技术未来的发展方向。     

1.5MW峰值功率光纤-固体混合放大MOPA激光系统

高峰值功率、高稳定性以及优越光束质量的激光光源是材料加工与处理的理想选择。利用重复频率为120 k Hz、脉宽为220 ps、平均功率为26μW的种子光源,经过光纤和固体组成的混合放大系统,最终得到平均功率为39.2 W的激光输出,峰值功率达到1.5 MW。预放大器由两级光纤放大器组成,功率放大器为四级端面抽运的Nd:YVO4固体放大器,通过控制晶体掺杂浓度、晶体温度以及抽运光束直径,并且调节各个放大级中的填充因子,最终得到输出光束的光束质量因子为M2=1.3。     

锁模光纤激光器的研究进展

综述了锁模激光器的研究现状.详细阐述了近年来几种研究比较热门的锁模光纤激光器的原理、结构和发展.展望了光纤锁模激光器技术的发展前景.     

1053 nm掺Yb光纤放大器脉中放大实验研究

本文给出掺Ｙｂ光纤脉冲放大的实验结果,在一段长１８ｍ的Ｙｂ光纤中获得了超过２６ｄＢ的增益．利用１．０５３μｍ单模ＬＤ激光器作注入信号．重复频率为１ｋＨｚ,脉宽分别为１μｓ、２μｓ、５μｓ、１０μｓ．增益与泵浦功率等关系的实验结果表明增益对泵浦功率、光纤长度和信号功率敏感。当小信号放大时,输出脉冲不失真,表明该放大器可用于高脉冲能量激光的前置放大．     

半导体激光放大器中超短光脉冲放大过程的研究

本文对超短光脉冲在半导体激光放大器内的放大过程进行理论和实验研究，首次推导出描述这一瞬态变化过程的一系列方程组，并利用方程组进行了数值模拟求解，最后给出与理论相一致的实验结果。     

高功率钛宝石激光放大系统的研究进展

总结了高功率钛宝石激光放大系统的研究成果及研究状况，并展望了今后的发展方向和发展趋势。     

全光纤结构掺铥光纤激光器实现百瓦级高功率输出

2μm波段光纤激光在医疗、激光雷达以及非线性频率转换等领域具有重要的应用价值,成为各国研究的热点。全光纤结构具有易于系统集成、热管理简单以及更具实用性的特点,越来越受到人们的广泛关注。国外采用全光纤振荡主功率放大(MOPA)结构已经获得了千瓦级高功率输出,且百     

百瓦皮秒光纤放大器

<正>以低功率固体被动锁模激光器作为种子源,经过主振荡功率放大的皮秒高功率光纤放大器,具备峰值功率高、散热性好、光光转换效率高、光束质量好、体积小、易于集成等优点。因此在激光精细加工、超快光学、非线性光频率转换、军事和国防安全等领域都有广泛的应用。然而在高功率脉冲激光输出时,光纤放大器受限于光纤纤芯内部的非线性效     

A highly stable low-RIN hybrid Brillouin/erbium amplified laser source

We demonstrate a low-noise all-fiber hybrid Brillouin/erbium amplified source consisting of a Brillouin/erbium fiber laser with a subsequent Brillouin amplifier to boost the power and reduce the noise. The same single-mode fibers used in the fiber laser and the amplifier lead to the same amount of Stokes frequency shifts in spite of the environmental variation, ensuring stable Brillouin amplification. The hybridly amplified source features temperature insensitivity, low noise, potentially high power, and low cost. The relative intensity noise of the hybridly amplified source is /spl sim/10 dB lower than that of the erbium-doped fiber amplifier (EDFA)-based source at radio frequencies >200 MHz due to the filtering characteristics of the Brillouin amplification. Compared with an EDFA amplified fiber system, the spurious-free dynamic range of an analog transmission system employing such a laser source is improved by 7.7 dB owning to the lower RIN.     

1 110 nm Nd:GGG 激光器与555 nm 倍频激光器

采用紧凑的直腔设计和精确的膜系设计, 实现了LD 侧面泵浦1 110 nm Nd:GGG 和腔内倍频的555 nm 激光.当泵浦功率为168 W时, 得到了25.5 W的1110 nm 连续激光输出.在10 kHz 的声光调Q 情况下, 应用II 类非临界相位匹配LiB3O5(LBO)倍频晶体, 得到了最大输出功率为3.1 W的555 nm 倍频光输出, 光-光转换效率为1.8 %, 相应的脉冲宽度为176 ns, 在水平和竖直方向上的M2因子分别为19.6 和21.3.     

A continuous 1 052 nm and 1 061 nm dual-wavelength Nd:YAG laser

Exploiting a specially designed Fabry-Perot filter as output coupler, a continuous 1 052 nm and 1 061 nm dual-wavelength laser is realized. The threshold, slope efficiency and maximum power of the 1 052 nm and 1 061 nm dual-wavelength laser are 2.55 W, 17.5% and 571 mW, respectively. The competition and coexistent relationships between 1 052 nm, 1 061 nm and 1 064 nm are analyzed. Involved non-degenerate Stark energy level structures are used to classify dual-wavelength lasers. According to this method, dual-wavelength lasers can be classified as different upper and lower non-degenerate Stark energy levels, the same upper but different lower Stark energy levels, different upper but the same lower Stark energy levels. Representative Nd:YAG dual-wavelength lasers are classified according to this criterion. It is found that the realization of front two type lasers is easy and that of third type lasers is challenging. This method can be used as a level of difficulty reference for the realization of dual-wavelength lasers.     

1 015~1 046 nm可调谐飞秒掺镱光纤激光器

近年来,超快掺镱锁模光纤激光器由于其转换效率高、操作方便、免维护、尺寸紧凑等优点,被广泛应用于工业加工、医疗外科、多光子成像等领域。在激光器中补偿群速度色散是获得皮秒甚至飞秒脉冲的有效方法。通过利用光栅对与光谱滤波器,实现了对激光波长、腔内色散和光谱宽度的灵活调节。该激光器能输出稳定的锁模脉冲,对应的基本重复频率为19.41 MHz。在+ 0.0127 ps2色散时中心波长1015~1037 nm可调;在+0.007 ps2色散时中心波长1015~1045 nm可调以及在?0.0127 ps2色散时中心波长1020~1046 nm可调。同时,当净腔色散从反常色散到近零色散变化时,光谱带宽可从1.40 nm调到19.38 nm,对应的压缩后脉冲宽度可从1.03 ps调至175.9 fs。该方案具备连续调整激光器状态的能力,有望用于高功率大能量飞秒激光前端,可以满足对激光器有多种谱宽及波长的应用需求。     

1 532 nm全光纤Er/Yb共掺杂激光器

近年来,相干探测激光雷达是测量远距离低空风切变的有效手段,1.6 μm波段固体激光器以其人眼安全、探测器件成熟等优势成为相干雷达主要光源。其增益介质Er:YAG晶体在1532 nm波段有较强的吸收峰,但吸收谱较窄,因此通过使用1 532 nm光纤激光器进行谐振泵浦可以有效提高晶体输出效率。为此,文中以Er/Yb双包层光纤为增益介质,1532 nm光纤光栅为反射腔镜,976 nm半导体激光器为泵浦源,实现了全光纤化1532 nm激光输出。输出激光最大功率73.44 W,波长可调谐范围为1531.35~1532.14 nm,波长谱宽为0.06 nm,x和y方向的光束质量M2分别为1.38和1.26,是1.6 μm固体激光器的理想泵浦源。并采用此激光器泵浦Er:YAG非平面环形腔获得1.3 W单频激光输出,斜率效率为31.76%。     

1 064 nm、532 nm、355 nm波长脉冲激光辐照多晶硅损伤特性研究

为系统研究不同波长激光与多晶硅材料的相互作用,采用1 064 nm、532 nm、355 nm波长单脉冲激光对多晶硅进行辐照实验,研究多晶硅在这三种波长激光下的损伤形态。实验结果表明:在其他参数不变的情况下,损伤阈值随激光波长的减小而变小,且与波长呈线性关系;在低能量密度水平下,355 nm激光与物质作用主要是以光化学模型为主的光化学-光热共同作用方式,其他波长为光热模型;在激光能量密度处于低水平时,辐照区域出现相互连接的规则六边形微结构,并且六边形中心呈现圆形凸起状态,其产生是由液体横向流动的波动本质造成的,并与多晶硅表面的粗糙度有关。     

一种分布反馈注入放大半导体激光器的研制

研制了一种小型大功率半导体激光器系统。将分布反馈半导体激光器输出的小功率光注入到锥形芯片放大器后实现功率放大,得到功率大于700 mW,波长连续可调谐范围大于1 nm的输出激光。该激光器系统不但结构紧凑、输出功率稳定,而且操作方便。该系统可在激光冷却与囚禁、超冷量子气体、量子信息、原子频标及相关空间实验研究中得到应用。     

1 550 nm激光激发的紧凑型太赫兹时域光谱仪

为开发紧凑、轻质量、高稳定度的光纤耦合太赫兹时域光谱仪(THz-TDS)，从色散补偿、非线性效应、偏振效应、天线参数等方面对基于1 550 nm波长的光纤飞秒激光器激发的太赫兹时域光谱系统进行理论及实验研究。结果显示，光纤耦合的光谱仪光谱带宽可达4.5 THz，动态范围达70 dB，质量12.3 kg，光路模块体积250 mm×90 mm×50 mm。进一步测试机械振动及环境温度对仪器的影响，在一定范围内，仪器具有较高的鲁棒性，可适应工业产业应用需求。     

高功率窄谱宽1 915 nm掺铥光纤激光器研究

开展了1 915 nm高功率、高效率、窄谱宽输出的掺铥光纤激光器（TDFL）研究。基于全光纤主振荡功率放大（MOPA）结构,采用40 W的793 nm半导体激光器泵浦纤芯直径25 m的双包层大模场面积（LMA）掺铥光纤,获得了最高功率12.1 W的1 915 nm窄谱宽连续种子激光输出。将8 W种子光注入掺铥光纤放大器,在793 nm激光泵浦功率为142.9 W时,获得了平均功率90 W的激光输出,其中心波长为1 915.051 nm,3 dB谱宽仅为94 pm,斜率效率为60.2%,光-光转换效率达63.0%。该系统在40 min运行考核时间内输出激光稳定性良好。