基于混合锁模的掺铒光纤飞秒激光器研究

研究了一种有效结合非线性偏振旋转效应(NPR)锁模和半导体可饱和吸收镜(SESAM)锁模的混合锁模掺铒光纤飞秒激光器。激光器系统输出脉冲的重复频率为97.6MHz,光谱宽度21.52nm。直接输出脉冲宽度168fs,激光器泵浦功率的转化效率为12.2%。与单一机制锁模激光器相比,自制混合激光器具有高性能的特点,且锁模状态稳定,可以实现自启动。该激光器为实用型光学频率梳的研制提供了稳定的光源。

掺镱光子晶体光纤飞秒激光器噪声的测量

小型化、低成本和低噪声的激光器有助于实用化非经典光源的实现。掺镱光子晶体光纤锁模激光器与钛宝石激光器相比,具有系统结构简单、体积小和价格低的优点,但其噪声特性还有待深入研究。采用一套适用于测量脉冲激光器噪声的自零拍探测系统,对掺镱光子晶体光纤飞秒激光器的噪声进行了测量分析。结果表明掺镱光子晶体光纤飞秒激光器的振幅噪声显著高于其散粒噪声基准,说明该激光器的输出不是理想的相干态光场,其噪声特性有待进一步提高。

飞秒光纤激光器研制与发展概况

本文首先回顾了飞秒激光技术的发展历程,并概述了飞秒激光技术的应用领域,以及飞秒光纤激光器的优缺点,然后简要说明了实现飞秒光纤激光器的技术途径,并着重介绍了国内外飞秒光纤激光器生产商的代表产品。

高次谐波锁模飞秒掺镱光纤激光器的噪声情况

高重复频率的飞秒激光在高速激光测距和三维成像等领域有着非常重要的作用。其中基于飞秒光纤激光器的高次谐波锁模是获得GHz量级以上高重复频率脉冲的重要手段之一。基于含腔内光栅对色散补偿的非线性偏振旋转(NPR)锁模的掺镱(Yb)光纤激光器,在180 mW泵浦光时获得了稳定的143 MHz基频锁模脉冲序列,当泵浦光功率升至1 W时获得了最高20次谐波(2.86 GHz)锁模脉冲序列输出。系统地对比研究了基频锁模与高次谐锁模状态下,脉冲重复频率精密锁定后的艾伦偏差和相位噪声,7次谐波锁模状态下重复频率锁定精度能够保持在10^(−13) Hz@1 s的稳定度,为高次谐波锁模飞秒激光脉冲序列用于精密测量提供了实验依据。

光纤飞秒激光五倍频产生206 nm深紫外激光

深紫外飞秒激光兼具深紫外激光单光子能量高和飞秒激光峰值功率高的优势,这使得深紫外飞秒激光在半导体晶圆检测和角分辨光电子能谱等领域被广泛应用,但是色散导致的群速度失配使得深紫外飞秒激光的输出变得十分困难,本文基于掺镱光纤飞秒激光器,实现了一种基于延迟线的深紫外飞秒激光脉冲产生方案.通过优化延迟线精确补偿时间走离,基于掺镱飞秒光纤激光五倍频获得了重复频率为1 MHz、中心波长为206 nm的深紫外飞秒激光输出,其平均功率102 mW,从近红外到深紫外的转换效率为4.25%.

稀土离子掺杂飞秒光纤激光器最新进展

光纤激光器可分为基于非线性效应的光纤激光器和基于稀土离子受激辐射的掺杂光纤激光器。按照掺杂元素的不同,光纤激光器可以分为掺镱、掺铒、掺铥和掺镨等光纤激光器。针对稀土掺杂飞秒光纤激光器的最新研究进展进行了分析和总结,并给出了各种飞秒光纤激光器的优缺点和未来需要解决的问题,为稀土掺杂飞秒光纤激光器的优化设计提供参考。

光纤激光器泵浦的飞秒光学参量振荡器研究进展

超快光学参量振荡器(OPOs)是获得高重复频率、高平均功率、宽光谱调谐脉冲输出的理想途径,为化学、生物、纳米光子学等领域的研究提供了强有力的手段。随着掺Yb^(3+)光纤飞秒激光器输出功率的不断提升及非线性晶体制备工艺的成熟,Yb光纤激光器泵浦的飞秒OPOs发展势头变得锐不可挡。回顾了近年来光纤飞秒激光器泵浦的OPOs的研究进展,介绍了利用飞秒OPOs拓宽波长覆盖范围、提升脉冲重复频率、获得少周期脉冲产生、实现结构光场输出的具体技术方案。最后介绍了飞秒OPOs在纳米光子学、拉曼光谱技术领域的应用。

基于准相位匹配的掺铒飞秒光纤激光器倍频特性研究

研究了不同厚度周期极化铌酸锂晶体(PPLN)对掺铒飞秒光纤激光器倍频特性的影响。基于非线性偏振旋转锁模原理和啁啾脉冲放大技术,在1560 nm波段实现了重复频率为100 MHz,输出功率为423 m W,脉冲宽度为80 fs的掺铒飞秒光纤激光输出。以此为基频光源,对0.5,1,10 mm三种不同厚度PPLN倍频晶体进行倍频特性研究,实现了波长在780 nm的飞秒激光输出。其中采用0.5 mm晶体时获得了功率为100.4 m W、脉冲宽度为104 fs的倍频光输出,倍频转换效率为23.7%;采用1 mm晶体时获得了功率为165.0 m W、脉冲宽度为161 fs的倍频输出,倍频转换效率为39%;采用10 mm晶体时获得了功率为185.5 m W,脉冲宽度为305 fs的倍频光输出,倍频转换效率达43.7%。并解释了倍频转换效率和倍频光脉冲宽度随PPLN晶体厚度的变化规律。实验数据为基于锁模光纤激光器产生780 nm波段飞秒光脉冲的研究提供了有益的参考。

基于腔内色散补偿的保偏飞秒光纤激光器

目前,在被动锁模掺铒光纤激光器中,进行腔内色散补偿的方法主要包括:在激光谐振腔内熔接一段具有正常色散的光子晶体光纤、插入具有正常色散的光栅对,以及利用具有正常色散的啁啾光纤光栅等。针对目前腔内色散补偿方法存在的耦合效率低、环境稳定性差、色散量不易调节等不足,设计了一种由偏振合束器、色散补偿光纤和法拉第旋转镜构成的线形支路进行腔内色散精确补偿,采用透射式可饱和吸收体实现自启动锁模,并结合混合光器件,实验获得了重复频率为82.84 MHz、平均功率为10mW、脉冲宽度为381fs的飞秒脉冲保偏输出,作为种子源,可广泛应用于太赫兹产生、生物医学成像、超快光谱学等领域。

两台独立飞秒激光器的脉冲序列与载波包络相位同步

研究了两台独立运转的掺镱光纤飞秒激光器的脉冲序列与载波包络相位同步。使用平衡光学互相关的方法探测两台激光器的脉冲延迟,控制腔内高速压电陶瓷以锁定两台激光器的重复频率,得到两台激光器的剩余相对时间抖动为380as。不同的重复频率锁定带宽会对载波包络相位信号产生明显的影响,相比于使用压电陶瓷(低锁定带宽),使用电光调制器锁定重复频率(高锁定带宽)会使载波包络相位产生额外的噪声。将两台激光器的输出脉冲在空间上重合,入射进入平衡探测器,探测到两台激光器的相对载波包络频率信号。使用腔外声光调制器对两台激光器的载波包络相位进行锁定,得到两台激光器的剩余相位噪声为495mrad。锁定后观测到两激光器的光谱干涉,为相干脉冲合成奠定基础。

一种教学用简易飞秒光纤激光器的研制

介绍了一种适合于日常高校光学或光电技术专业的研究生和高年级本科生熟悉、了解飞秒激光教学实验用的飞秒光纤激光器。该飞秒激光光源基于非线性旋转偏振效应被动锁模原理,输出脉冲宽度为440 fs、脉宽带宽积为0.362、中心波长在1560 nm附近、平均输出功率为12 mW、脉冲重复频率为31.15MHz。

太赫兹时域光谱仪中飞秒光纤激光器的研制

飞秒光纤激光器作为产生宽带太赫兹波的激励光源,是太赫兹时域光谱检测系统的核心部件,其性能指标直接影响着太赫兹光谱检测系统的性能。针对时域太赫兹光谱应用需求,研制出基于半导体可饱和吸收镜(SESAM)和非线性偏振旋转(NPE)复合锁模技术的飞秒光纤激光器,并采用腔内色散管理技术,在保证脉冲宽度小于100fs条件下实现0.5～5m的保偏光纤输出。该激光器已应用于湖北久之洋红外系统股份有限公司生产的mini-T系列便携式太赫兹光谱仪产品中,实现光谱宽度覆盖0.1～7THz,频谱分辨力9GHz,动态范围优于70dB。

级联掺Yb增益光纤提高拍频信号信噪比的实验研究

飞秒光学频率梳的出现使对未知激光的绝对频率测量成为可能,极大地简化了激光绝对频率的量值溯源和比对工作.为了保证测量数值的准确性,飞秒光学频率梳与未知激光的拍频信号fb的信噪比要求大于30 d B.针对碘稳频532 nm激光绝对频率测量的特定需求,以532 nm激光的基频光1064 nm激光的绝对频率测量为着眼点,本文采用303 MHz重复频率的掺Er光纤光学频率梳,首先通过激光放大和光谱展宽技术使光谱覆盖到1μm波段,然后采用级联掺Yb增益光纤技术,将扩谱后1μm波段的激光功率进行放大,提高了掺Er光纤光学频率梳扩谱后1μm波长附近的激光强度.采用碘稳频532 nm激光的基频光作为待测光源与飞秒光学频率梳进行拍频.实验表明,与未经过光谱增强的激光相比,光谱增强后的激光与1064 nm激光拍频信号的信噪比提高了5 d B,保持在35 d B附近.该技术有效地缓解了采用掺Er光纤光梳测量1064 nm激光绝对频率时对直接扩谱所获得的1μm波长激光的强度要求.

高重复频率飞秒光纤激光技术进展

简要回顾了飞秒光纤激光技术的发展,并报道了高重复频率光纤激光器的最新进展。通过模拟计算,证明高重复频率下锁模脉冲有随光纤缩短而变窄的趋势。选用合理的光学元件、光纤长度和色散匹配,研制出重复频率为330 MHz的掺铒光纤激光器,490 MHz的色散控制掺镱光纤激光器和600 MHz重复频率的全正色散掺镱光纤激光器。此类光纤激光器可用作天文光学频率梳的理想光源。

高重复频率被动锁模的掺Er光纤激光器

为满足现代众多科学应用领域对低时域抖动、高重复频率飞秒光纤激光器的需求,在实验基础上解决了若干技术难点,并利用非线性偏振旋转(NPR)锁模原理,成功得到了重复频率在100MHz以上自由运转被动锁模的掺Er飞秒光纤激光器.激光器输出脉冲的重复频率为101.94MHz,输出平均功率34mW,光谱谱宽25nm,傅里叶变换受限输出脉冲宽度为105fs.

基于碲酸盐微结构光纤的超连续光源

采用自制的碲酸盐微结构光纤作为非线性介质,利用实验室自己搭建的1 560 nm飞秒光纤激光器作为泵浦源,研究了泵浦功率、光纤长度、非线性系数和群速度色散对超连续谱展宽的影响,并通过优化碲酸盐微结构光纤的结构获得了覆盖1 300~2 200 nm的全光纤超连续光源。

光纤飞秒光学频率梳载波包络偏移频率锁定的实验研究

自主研制了基于掺铒光纤飞秒激光技术的光纤飞秒光学频率梳。详细介绍了此光纤光梳的系统结构、工作过程与各项性能参数。经过功率放大、色散优化与高非线性光纤扩谱等过程,得到了超过一个倍频程的光梳超连续光谱。光梳的载波包络偏移频率(简称偏频,f_o)从f-2f共线式干涉系统中提取,并锁定至铷原子钟上。实验获得了35dB信噪比的偏频信号,实现了锁定时间超过12h的稳定运转。

基于LBO的高功率飞秒绿光抽运的光学参量振荡器

三硼酸锂（LBO）具有良好的非线性光学特性和极其稳定的物化性能,其色散量对晶体温度变化敏感,是可实现非临界相位匹配的优良的非线性光学晶体。报道了高功率绿光飞秒激光同步抽运以三硼酸锂（LBO）为非线性晶体的单共振光学参量振荡器（OPO）。抽运源为高平均功率大模场面积掺镱光子晶体光纤飞秒激光器放大级的输出飞秒光的锁模倍频激光,通过调节晶体温度,采用非临界相位匹配方式,获得了红光至近红外光可调谐的高功率飞秒激光,OPO的信号光调谐范围为670~880nm,相应闲频光在2320~1270nm范围内可调。在3.4W抽运功率下,中心波长为694nm的信号光输出获得最高平均功率为660mW,脉冲宽度为132fs,转换效率为19.4%。

基于液晶空间光调制器进行光谱调制的飞秒啁啾脉冲放大系统

飞秒光纤激光器具有良好的光束质量与稳定性,被广泛应用于精细材料加工行业。目前工业化光纤飞秒激光器主要是通过啁啾脉冲放大系统的多级放大来实现其高功率,可是多级放大过程会导致严重的增益窄化效应,限制最终的压缩脉冲宽度。为了解决增益窄化问题,缩短脉冲宽度,提高峰值功率,达到更好的“冷”加工效果,提出一种基于空间光调制器的光谱整形系统,通过加载到空间光调制器上的灰度图,产生中心凹陷、平顶等特殊光谱形状,放大后的光谱宽度与初始的种子源保持一致。与未加光谱调制相比,光谱调制后的光谱宽度从7 nm提高到9.5 nm,对应的极限脉宽从222 fs减少到164 fs左右。最后通过透射式光栅对压缩,得到了平均功率为1.3W的飞秒激光输出,采用高斯拟合的方式测量脉冲,脉冲宽度为170 fs,接近转换极限脉冲。

High sensitivity micro-displacement sensor based on fiber Bragg grating and amplification substrate

A micro-displacement sensor based on fiber Bragg grating(FBG) is proposed. The device consists of a pair of FBGs with different central wavelengths fabricated by femtosecond laser phase mask method and a metal substrate with lever structure. The displacement is amplified by lever structure and it converts into axial tension of FBG, which has a high displacement sensitivity. The amplification factors obtained by theoretical analysis and finite element simulation are 2.67 and 2.50, respectively. The experimental results show that in the range of 0-50 μm the shift of FBG center wavelength is linearly related to the displacement of measured object and displacement sensitivity reaches 121 pm/μm. In addition, the cascaded FBG is used to compensate the temperature.