重频可调谐U波段被动谐波锁模光纤激光器

U波段(1 625~1 675 nm)高重频锁模光纤激光器在甲烷气体检测、扩展通信波段、光子显微镜、眼部手术等领域有广泛的应用前景。基于被动谐波锁模(Harmonic Mode-Locking, HML)的孤子自频移(Soliton Self-Frequency Shift, SSFS)技术是一种实现高重频U波段激光输出的有效方式。首先搭建了基于非线性偏振旋转(Nonlinear Polarization Rotation, NPR)的被动HML光纤激光器,并以此为种子源,通过级联的放大系统将输出功率最高放大至1.7 W。而后将放大的脉冲输入到一段反常色散的色散位移光纤(Dispersion-Shifted Fiber, DSF)中,利用SSFS效应将其中心波长频移至U波段。研究了其中三个重复频率(722.0、941.7、1 224.2 MHz)状态,系统地探究了脉冲重复频率对SSFS的影响。首次使用NPR被动HML光纤激光器作为SSFS效应种子源,实现了波长可覆盖整个U波段范围的GHz脉冲输出。

基于PbS量子点的可调谐高能量锁模光纤激光器

基于低维纳米材料的飞秒光纤激光器在光学开关、光纤传感和光通信领域中发挥着重要的作用。然而,低损伤阈值限制了其在高能量激光领域的实际应用。为了解决这一问题,实验中基于PbS量子点饱和吸收体,在近零色散区研究掺铒光纤激光器的飞秒脉冲输出特性,脉冲中心波长为1568.6 nm,光谱的3 dB带宽为11.4 nm,脉冲半高全宽为361 fs。利用多模光纤中的非线性多模干涉效应实现带宽可调的光谱滤波效应,调节偏振相关“基模”引起的群时间延迟量调控腔内总色散量,升高泵浦驱动电流达到饱和吸收体的反饱和吸收特性区域,实现从展宽脉冲到高能量耗散孤子共振脉冲的切换。由于局部的非同步色散波与孤子之间的相消干涉效应,导致耗散孤子共振脉冲光谱出现了dip型边带和Kelly边带不对称地分布在光谱两边的现象。通过调谐腔内脉冲的偏振状态和泵浦功率,高能量脉冲的半高全宽可以在7.7~23 ns之间调谐。当泵浦驱动电流达到800 mA时,腔内激光脉冲能量为34.8 nJ,其损伤阈值大于60 mJ/cm^(2)。该工作为实现高效、高能量飞秒光纤激光提供了新的解决方案。

基于新型亚微米层状结构碲化钒可饱和吸收体的纳秒锁模掺铒脉冲光纤激光器

将亚微米层状结构的碲化钒(VTe_(2))与聚乙烯醇(PVA)充分混合,制备了VTe_(2)-PVA可饱和吸收体(SA)薄膜。利用紫外分光光度计测量了其线性吸收特性,发现其在400~1800nm波段均具有良好的吸收,证明VTe_(2)-PVASA薄膜具有优异的宽带吸收特性。将制备好的VTe_(2)-PVASA薄膜置于跳线端面并接入搭建的掺铒光纤激光腔内,构建了一个全光纤结构的纳秒锁模脉冲光纤激光器。该激光器输出的锁模脉冲中心波长为1568.15nm,3dB带宽为0.639nm,脉冲宽度为4.3ns。采用掺铒光纤激光腔结构,锁模脉冲最大平均输出功率为1.123mW。实验结果表明亚微米层状结构的VTe_(2)具有作为一种低成本的新型可饱和吸收材料的潜力,为被动锁模脉冲光纤激光器的发展开辟了新的道路。

基于SESAM的掺铥锁模光纤激光器研究

目的:研究基于半导体可饱和吸收镜的大能量被动锁模掺铥光纤激光器的输出特性。方法:利用半导体可饱和吸收镜作为锁模器件,分别采用光纤全反射镜和光纤光栅搭建全光纤结构的被动锁模掺铥光纤激光器。结果:在采用光纤全反镜结构中,在泵浦功率为900 mW时,获得了中心波长为1945 nm,重复频率为9.80 MHz,单脉冲能量为9.46 nJ的锁模脉冲输出。用光纤光栅替换光纤全反射镜,大大降低了锁模阈值。在泵浦光为210 mW时,获得了中心波长为1941.5 nm的稳定锁模脉冲输出,功率稳定性RMS小于1%。结论:本文所搭建的锁模光纤激光器单脉冲能量可以达到nJ量级且锁模稳定。

基于Sagnac滤波器的可调谐掺镱锁模光纤激光器研究

为了在光纤激光器中获得具有中心波长可调谐的锁模脉冲输出,采用半导体可饱和吸收镜和Sagnac环作为腔镜,搭建了线性腔掺镱锁模光纤激光器,并进行了实验验证。通过调节泵浦功率和Sagnac环中的偏振控制器,在泵浦功率140 mW保偏光纤长度为18 cm时获得最大的调谐范围输出,输出中心波长从1032.53 nm连续调谐至1043.76 nm,调谐范围为11.23 nm。该研究可以为搭建结构紧凑的可调谐激光器提供设计方案。

基于硫化铅量子点可饱和吸收体的锁模光纤激光器

通过优化后的热注入法制备得到硫化铅胶体量子点,再利用匀胶机两步旋涂的方法使材料平铺在小块羧甲基纤维素薄膜上,并将其作为可饱和吸收体应用于光纤激光器中,实现稳定的锁模。制备的硫化铅量子点可饱和吸收薄膜的调制深度和饱和强度分别约为26.46%和6.75 MW/cm^(2),非饱和损耗为6.42%。测试结果表明该薄膜具有更小的非饱和损耗以及更好的重复性和一致性。采用该薄膜作为可饱和吸收体的光纤激光器能在47 mW的泵浦功率处开始实现自启动锁模,且能够实现长时间稳定的锁模激光输出。研究结果为硫化铅量子点可饱和吸收体在光纤激光器中的后续应用奠定了基础。

非线性偏振旋转锁模掺铥光纤激光器的多孤子输出理论研究

本文研究探讨了在非线性偏振旋转锁模掺铥光纤激光器中,孤子分子和类噪声脉冲的演化特性。理论研究表明,当激光器在负色散条件下工作且腔内参数得到恰当配置时,能够稳定产生锁模孤子脉冲。通过细调腔内的偏振状态并适度增加泵浦功率,可以实现孤子分子的输出。继续调整腔内条件,还能够获得类噪声脉冲。泵浦功率和偏振控制器的调整,通过改变腔内增益,成为产生多种多孤子模式的关键因素。这一发现为深入理解负色散区域内2μm波段锁模掺铥光纤激光器产生多孤子动态特性提供了有价值的参考。

百兆赫兹重频的轨道角动量模式飞秒光纤激光器

轨道角动量(orbital angular momentum,OAM)模式激光器在大容量通信系统、激光加工、微粒子操作、量子光学领域研究有潜在应用价值.OAM模式飞秒光纤激光器具有结构简单、成本低、峰值功率高等优势而被重点研究.当前OAM模式飞秒光纤激光器在重复频率、脉冲宽度、光谱宽度等关键参数上分别都有突破,但性能难以兼得,且重复频率目前在数十MHz.本文基于模式相位匹配原理,制作了大带宽的模式耦合器,结合非线性偏振旋转锁模机理,通过优化腔内的色散,搭建了百兆赫兹重复频率的OAM模式飞秒光纤激光器.实验结果表明,一阶OAM模式光纤激光器的重复频率可达113.6 MHz,脉冲半高全宽98 fs,10 d B带宽可达101 nm;二阶OAM模式光纤激光器的重复频率可达114.9 MHz,脉冲半高全宽60 fs,10 d B带宽可达100 nm.相对于已报道的方案,本文报道的方案在重复频率、脉宽和光谱宽度等关键参数上综合性能较好,有望更广泛地应用于OAM通信、粒子操控等研究领域.

Figure-9腔锁模全保偏掺铒光纤飞秒激光器

针对特殊应用领域对高可靠性、轻量化、输出功率大于100 mW、重频大于50 MHz的飞秒激光器的需求,设计了一种Figure-9腔锁模全保偏掺铒光纤飞秒激光器,通过在腔锁模振荡器中引入π/2相移偏置,降低了振荡器的自启动锁模阈值。实验结果表明:当泵浦功率为130 mW时,振荡器可获得平均功率为12 mW、重频为85.89 MHz、脉冲宽度为249 fs的稳定锁模脉冲序列输出;采用一级正色后向泵浦散掺铒增益光纤放大器进行放大后,最终可获得平均功率为113 mW、脉冲宽度为107 fs的飞秒脉冲序列输出。

主动有理谐波锁模光纤激光器

利用有理谐波锁模 ,实现了锁模光纤激光器输出光脉冲重复频率的倍增 ,得到了重复频率 10GHz～5

1.06μm结构参数最优化非保偏锁模光纤激光器

采用半导体可饱和吸收镜的锁模光纤激光器是构建皮秒脉冲光纤放大器的热门候选种子光源之一。本文利用非线性薛定谔方程从理论上分析了单模传输光纤和单模增益光纤的模场半径、增益光纤的光纤长度、光纤布拉格光栅的反射率、半导体可饱和吸收镜的调制深度、非饱和损耗和饱和通量对输出脉冲特性的影响。对输出激光的脉冲和光谱特性也进行了理论研究。根据仿真结果,搭建了基于非保偏线型腔和SESAM的掺镱锁模光纤激光器系统。在没有任何腔内色散补偿和外部偏振控制的情况下,获得了中心波长为1.06μm、脉冲宽度小于12.51 ps、光谱宽度为0.32 nm、重复频率为37 MHz、输出功率为2 mW的稳定锁模脉冲激光输出。在我们的实验中,激光脉冲的光谱边缘平滑,光谱分布非常接近高斯线型。最后,通过系统的仿真,近红外锁模光纤激光器的整体结构得到了优化。本文介绍的锁模光纤激光器具有紧凑的非保偏光纤结构、精简的腔内配置和较少的元器件、高质量的输出脉冲相关特性,有望为下一代皮秒脉冲光纤激光器提供性能优异的实用化种子光源。

976 nm类噪声锁模光纤激光器

输出波长为976 nm的脉冲激光器在科研及工业领域具有重要应用.利用非线性光纤环镜(nonlinear optical loop mirror, NOLM)搭建了“9”字型谐振腔,通过在环镜中加入长度为30 m的无源光纤,实现了类噪声脉冲(noise-like pulse, NLP)输出,丰富了976 nm波段的脉冲类型.脉冲的重复频率为4.79MHz,最大输出功率为13.35 mW,最大脉冲能量为2.79 nJ.进一步研究该NLP在不同泵浦功率的脉冲特性变化,结果表明,脉冲能量以及脉冲宽度均随着泵浦功率的增大而增大,但是其自相关曲线中的相干尖峰宽度随泵浦功率的增大而减小.该研究为976 nm类噪声脉冲的产生提供一种简单经济的方案,在超连续谱产生以及类噪声脉冲动力学研究方面具有潜在应用价值.

微纳光纤镀铂金膜锁模光纤激光器

采用有限元法仿真了微纳光纤中模式在镀膜前后的能量、电场及有效折射率变化,分析了HE_(11)、TE_(01)、HE_(21)和TM_(01)模式在微纳光纤中的传输特性以及与铂金膜的相互作用原理。采用缓冲氧化物刻蚀液制作了微纳光纤并用离子喷溅法镀铂金膜,得到直径为13.2μm、铂金膜厚度为40 nm的微纳光纤器件,测试了其可饱和吸收特性,调制深度和饱和强度分别为0.57%和0.8 MW/cm^(2)。制作了全光纤锁模激光器,锁模阈值为180 mW。锁模脉冲重复频率为17.93 MHz,脉冲宽度为103 ps,中心波长为1031.6 nm,半高宽约为3.5 nm。

基于K-means算法的自动锁模光纤激光器

研究了一种基于K-means算法和非线性偏振旋转谐振技术的自动锁模传统孤子光纤激光器。实验中通过K-means算法对电动偏振控制器进行调节,利用示波器实时采集数据,并基于脉冲判决算法将脉冲分为基频锁模态和其他状态。当泵浦驱动电流为230 mA时,实现了1531 nm、脉宽为456 fs的基频传统孤子输出。然后,通过调节电动偏振控制器遍历激光器输出状态,并进行脉冲判决分类。最后,通过K-means算法将处于基频锁模态时电动偏振控制器旋转桨的角度按空间坐标系聚类分析。当光纤激光器处于非基频锁模态时,通过K-means算法调节电动偏振控制器,恢复到基频锁模状态。经过100次测试,从失锁或其他状态调节到基频锁模态点所需平均时间为0.25 s。该工作为实现高效、便捷的光纤激光器自动锁模提供了新的方案。

可提升被动锁模光纤激光器计算效率的分步傅里叶全局误差局部能量法

本文提出了一种提高被动锁模光纤激光器计算效率的方法,该方法由对称分步傅立叶方法(SSFM)和全局误差局部能量(GELE)方法组成。该方法可将与全局误差相关的局部能量增量限制在一定范围内来控制步长。该方法具有自动步长调整机制。达到同程度的计算精度,本文方法的计算时间为255 s,而小的恒定步长SSFM方法需要3 855 s。这表明本文方法可以将计算效率提高10余倍。本文方法还可以通过RK4IP、Adams、预测-校正等高阶算法进行扩展,以提高精度。

孤子分子/类噪声脉冲可切换的混合锁模光纤激光器

不同类型脉冲之间的演化是被动锁模光纤激光器丰富动力学的体现。报道了一种可实现多种脉冲切换的混合锁模光纤激光器,当泵浦功率为400 mW时实现了孤子分子、谐波锁模、孤子簇之间的相互切换。增加泵浦功率至600 mW时获得了类噪声脉冲输出,对应的输出功率和单脉冲能量分别为15.2 mW和0.86 nJ。通过调节偏振控制器实现了类噪声脉冲中心波长从1 895 nm到1 930 nm可调谐。所搭建的激光器具有锁模脉冲可切换,波长可调谐,能自启动等优点。

一种新型主动锁模光纤激光器腔长稳定技术研究

提出了一种全新的主动锁模光纤激光器的腔长稳定方案 ,通过波长的变化检测腔长的漂移 ,使用波长锁定器得到偏移误差信号补偿腔长变化 实验得到了脉宽为 7.6ps的近变换极限锁模脉冲 ,其超模抑制比达到 6 0dB ,并且在近 2h的工作时间内工作稳定 ,波长漂移小于 0 .0 1nm 与已有的方案相比较 ,不但输出脉冲质量高、并可长时间稳定工作 ,而且由于采用了低成本的稳定方案 。

被动谐波锁模掺Yb^(3+)光纤环形激光器

利用光纤的非线性偏振旋转效应产生可饱和吸收体的锁模机制,从掺Yb3+光纤环形激光器中得到稳定高阶谐波锁模光脉冲。理论分析了工作于正色散区的掺Yb3+光纤环形激光器的特性。实验中观测到了掺Yb3+光纤环形激光器3种不同演化方式产生高阶锁模光脉冲。4阶谐波锁模脉冲(107.2 MHz重复频率)经过1 m长高掺杂Yb3+光纤放大器放大后产生了平均功率100 mW,脉宽22.8 ps的脉冲,最后经过光栅压缩得到了平均输出功率20 mW,脉宽307 fs,脉冲中心波长1 051.2 nm,带宽13.76 nm的激光。

复合腔抑制主动锁模光纤激光器超模噪声的理论与实验研究

利用Vernier定理和传输函数方法,在理论上定性地分析了复合腔抑制主动锁模光纤激光器超模噪声的原理,实验中利用复合腔获得基频34MHz、脉宽37ps的72阶谐波锁模脉冲.理论和实验均表明,采用复合腔抑制超模噪声的效果并不十分明显,但在实验中发现,利用复合腔可以获得较为稳定的谐波锁模脉冲,对于主动锁模光纤激光器走向实用化具有一定意义.

10GHz可调谐主动锁模光纤激光器

主动锁模光纤激光器研制的难点在于克服不稳定性，本文提出解决其长期和短期不稳定的方法，分析了它们的工作原理，通过试验证明该两项技术使主动锁模光纤激光器实现了自稳定运转，在全部采用国产非保偏光纤的条件下稳定运行时间超过８ｈ，激光器重复频率为１０ＧＨｚ，脉宽１０ｐｓ，谱宽为０．３１７ｎｍ，时间带宽积为０．４０３，调谐范围为３９ｎｍ．