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.     

亚百飞秒高功率掺镱大模面积光子晶体光纤飞秒激光放大器的实验研究

实验研究了掺镱双包层保偏大模面积光子晶体光纤飞秒激光放大器. 获得了平均功率达16W的飞秒激光放大输出,在50MHz重复频率下,对应的单脉冲能量达到320nJ. 增益光纤长3.5m,由于自相位调制效应,种子光脉冲光谱在放大过程中同时展宽,从而支持更窄的脉冲宽度. 经过光栅后,脉冲宽度压缩到了85fs. 系统中的振荡器和放大器基于同一种具有偏振结构的大模面积光子晶体光纤,具有很好的环境稳定性和进一步集成的可能. 关键词： 光子晶体光纤 大模场面积光纤 飞秒激光 光纤放大器     

利用非线性脉冲预整形实现脉冲快速自相似放大

报道了一种通过预先对信号光脉冲非线性整形, 进而在光纤放大器中实现自相似演化的方法. 利用透射光栅对和普通单模光纤组成被动脉冲整形装置, 预先优化脉冲的时域宽度和光谱质量, 使脉冲在光纤放大器中快速演化到自相似子. 研究中首先通过数值模拟对比, 说明了非线性整形对脉冲实现快速自相似放大的关键作用, 提高了放大器输出脉冲质量, 减小了去啁啾脉冲宽度. 实验中, 通过优化非线性整形输出, 在2.2 m 长的掺Yb³⁺光纤中, 在一定抽运功率范围内均实现了脉冲自相似放大, 去啁啾后得到脉冲宽度60 fs 的变换极限脉冲输出. 这种非线性脉冲预整形方法有效减小了 自相似演化所需光纤长度, 同时降低了自相似放大对种子源质量的要求, 首次将全正色散光纤锁模激光器成功用于自相似放大, 促进了当前自相似放大系统的全光纤化. 关键词： 非线性整形 光纤放大器 自相似放大 飞秒激光     

1kHz飞秒激光脉冲在空气中传输成丝的演化过程

利用高重复频率(１kHz)、低能量的飞秒激光脉冲研究激光脉冲在空气中传输成丝的演化过程.采用成像的方法观测飞秒激光脉冲在大气传输过程中光束截面上光强分布变化，以及大气等离子体通道对光强分布的反作用.实验结果表明，激光脉冲在传输过程中先形成双丝结构，再逐渐合并成单丝结构.实验结果与利用非线性薛定谔方程耦合多光子电离的数值模拟结果基本一致. 关键词： 飞秒激光脉冲 等离子体通道 成像     

基于棒状光子晶体光纤的35W重复频率可调皮秒掺镱光纤激光器

针对激光切片技术缺少重频可调激光光源,设计了一种脉冲平均功率35.4W,脉宽12ps,重复频率300kHz～1MHz可调的高功率掺镱光纤皮秒脉冲激光器。激光器采用全光纤振荡器及预放大系统,配合基于棒状光子晶体光纤的主放大系统,并通过在级联放大中加入声光调制器(AOM)调控重复频率,从而实现重复频率可调的高功率皮秒脉冲输出。激光器振荡器及预放大部分的全光纤设计,相较于空间耦合放大具有光路结构简单、环境稳定性高等特点,有望推动高能量飞秒光纤激光工业化进程,提升其在复杂使用环境的适应性。     

采用飞秒光纤激光同步泵浦的自启动锁模钛宝石激光研究

针对常规连续激光泵浦钛宝石激光振荡器不能自启动锁模的缺点,采用倍频飞秒光纤激光同步泵浦,通过调节振荡器腔长与泵浦腔长匹配,实现了飞秒钛宝石激光的自启动锁模。实验中采用3.4 W的倍频掺镱光纤激光同步泵浦钛宝石激光振荡器,获得了平均功率大于130 mW、重复频率75 MHz、光谱宽度大于47 nm、脉冲宽度17 fs的锁模脉冲输出,不仅能够稳定可靠地实现自启动锁模,解决了常规钛宝石激光振荡器锁模启动的困难,而且还具有同步输出1040,800,520 nm三束飞秒激光的特点,为进一步开展飞秒激光相干合成以及光参量放大等研究提供了优势基础。     

超快光纤激光中的非线性脉冲放大技术（特邀）

高功率高能量飞秒光纤激光系统通常采用主振荡器加功率放大器结构。在放大飞秒脉冲时,非线性效应是制约脉冲能量的主要因素。基于传统啁啾脉冲放大技术的光纤激光系统虽然能够产生能量在1 mJ量级的飞秒脉冲,但是所产生的脉冲通常在200 fs以上,无法直接满足能量要求较低（1～100μJ范围之内）、脉冲宽度却更短（60 fs以下甚至更短）的应用需求。与啁啾脉冲放大技术通过展宽脉冲而减少非线性相移相反,非线性放大故意保持脉冲的宽度在皮秒量级从而积累大量的非线性相移,导致放大后脉冲的光谱展宽为输入光谱的数倍,经过传统光栅对压缩后能够产生60 fs以下的近变换极限脉冲。本文主要以掺镱光纤放大系统为例,重点介绍自相似抛物线脉冲放大、预啁啾管理放大、增益管理放大和非线性分脉冲放大四种非线性光纤放大技术的工作原理、发展现状以及未来趋势。将提出的预啁啾管理分脉冲放大与多路相干合成相结合,有望产生重复频率1 MHz、平均功率超过1 kW、脉冲能量1 mJ左右的亚50 fs脉冲。这种千瓦级高重复频率、高能量飞秒脉冲源在基础科学、激光加工等领域中具有潜在的应用。     

基于多光子脉冲内干涉相位扫描法对飞秒激光脉冲进行相位测量和补偿的研究

研制了一套基于多光子脉冲内干涉相位扫描方法的可以同时对飞秒激光脉冲进行相位测量和补偿的实验系统装置.实验中,通过自主研发的LabVIEW程序控制液晶空间光调制器和光纤光谱仪,对待测飞秒激光脉冲施加相位扫描,并同时记录受到调制的飞秒激光脉冲的倍频光谱,得到了多光子脉冲内干涉相位扫描(MIIPS)轨迹图.通过MIIPS轨迹图的三次测量和迭代运算,还原出了经过预先啁啾调制的中心波长约为810 nm、重复频率为1 kHz的飞秒激光脉冲的光谱相位,测量精度在0.1 rad以内.根据测量结果,利用液晶空间光调制器对该飞秒激光脉冲进行相位补偿,得到了近似傅里叶变换极限的飞秒激光脉冲.这一装置将在多光子显微成像、脉冲整形、飞秒激光光谱学等众多领域发挥重要作用.     

基于双程放大的毛细管放电69.8 nm激光增益特性

建立了类氖氩C线69.8 nm激光的双程放大实验后反射腔结构,利用45 cm长毛细管作为放电负载得到了其双程放大输出.在相同初始实验条件下,分别测量了单程放大输出与双程放大输出的激光脉冲光强、脉冲宽度以及激光束散角.通过对比单程与双程输出实验结果,利用双程放大激光光强的计算公式,分析得到了增益持续时间大于4 ns,以及增益在毛细管径向上的分布特点.以上结果为建立谐振腔进行毛细管放电类氖氩激光的多程放大实验奠定了基础.     

全光纤高能量飞秒脉冲激光放大系统

研究了一种全光纤飞秒脉冲放大系统.其采用非线性放大环形镜结构的谐振腔输出宽光谱种子光,通过光纤啁啾脉冲放大技术抑制功率放大过程中的非线性累积;主放大部分结合双包层光纤与大模场光子晶体光纤熔接技术,输出中心波长1030nm,平均功率16.9W的高质量皮秒脉冲,经空间光栅对补偿色散后脉冲宽度324fs,单脉冲能量12.2μ...     

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.     

High-energy femtosecond Yb-doped all-fiber monolithic chirped-pulse amplifier at repetition rate of 1 MHz

A high-energy femtosecond all ytterbium fiber amplifier based on a chirped-pulse amplification(CPA) technique at a repetition rate of 1 MHz seeded by a dispersion-management mode-locked picosecond broadband oscillator is studied.We find that the compressed pulse duration is dependent on the amplified energy,the pulse duration of 804 fs corresponds to the maximum amplified energy of 10.5 μJ,while the shortest pulse duration of 424 fs corresponds to the amplified energy of 6.75 μJ.The measured energy fluctuation is approximately 0.46% root mean square(RMS) over 2 h.The low-cost femtosecond fiber laser source with super-stability will be widely used in industrial micromachines,medical therapy,and scientific studies.     

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.     

100 W级全光纤化线偏振单频光纤放大器

报道了一种基于主振荡功率放大结构的全光纤化1064 mm线偏振单频光纤放大器。种子源是一个线宽约为3 kHz的单频光纤激光器。输出功率为50 mW的种子激光经两级掺Yb保偏双包层光纤(光纤纤芯直径分别为10 μm和20 μm)和一级手性耦合纤芯增益光纤放大后,最终获得了输出功率138 W、光束质量M2≤1.2、偏振消光比优于18 dB的高功率单频光纤激光输出。在脉冲调制模式下,获得了峰值功率465 W、脉宽宽度约为500 μs的线偏振单频光纤激光输出。     

Supercontinuum generation in photonic crystal fiber using femtosecond pulses

Supercontinuum (SC) generation in photonic crystal fiber (PCF) is demonstrated using an amplified femtosecond stretched pulses. The stretched pulse is obtained from a mode-locked Erbium-doped fiber laser and operates at 1564 nm with a repetition rate of 8.27 MHz and a pulse width of 340 fs. Using a 50 m long PCF, broad SC spectra are observed starting from 1220 and 1050 nm for the corresponding 5.1 and 177 kW pump and spanning a wavelength region of more than 1750 nm. At a maximum peak pump power of 177 kW, flat SC which extends over bandwidths of 660 and 486 nm are obtained using 50 and 100 m piece of PCF respectively. However, the output power level is higher for the 100 m PCF especially at longer wavelength region.     

飞秒光脉冲光纤放大增益特性的实验研究

报道了掺Ｅｒ＾３＋光纤激光器输出１．５３１μｍ波长飞秒激光脉冲增益放大的实验研究结果,将自起振相加脉冲摹参Ｅｒ＾３＋光纤激光器输出的飞秒激光脉冲注入掺Ｅｒ＾３＋光纤放大器中进行放大,分别采用正向和逆向抽地这的方式,得到了最高放大倍数５５倍（１７．４ｄＢ）和６４倍（１８．１ｄＢ）的增益,对应的最大单脉冲能量（峰值功率）分别为０．３８４ｎＪ（７５２Ｗ）０．４５２ｎＪ（１２９５Ｗ）,脉冲重复率为２０．８     

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     

掺Er3+飞秒光纤放大器的特性研究

依据二能级速率方程和光传输方程,理论计算了Er3+光纤放大器中Er3+光纤的最佳长度Lc. 以全光纤飞秒激光器输出的孤子脉冲作为种子源,以理论值Lc作为实际采用的光纤长度,实验测量了Er3+光纤放大器在同向泵浦和反向泵浦下信号光的输出功率,得到同向泵浦的增益为20.0dB, 反向泵浦的增益为20.2 dB.同时测量了脉冲宽度随泵浦功率的变化,实验结果表明,随着泵浦功率的增大,输出光脉冲的宽度的压缩效应经历逐渐增强后逐渐减弱的过程.在同向泵浦方式下,可以得到更短的输出脉宽,其最短脉冲宽度为260 fs.     

Parametrically amplified ultrashort pulses from a shaped photonic crystal fiber supercontinuum

By seeding a noncollinear optical parametric amplifier with a photonic crystal fiber supercontinuum, temporally well-defined amplified output pulses have been generated with durations down to 13 fs. The phase of the supercontinuum seed has been characterized by the ZAP-SPIDER technique and can be tailored with a femtosecond pulse shaper. Thus, a very flexible source for arbitrarily shaped, amplified ultrashort laser pulses has been realized.