1.7μm超快光纤激光器研究进展(特邀)

超快光纤激光器具有紧凑性高、光束质量佳、散热性好等优点,是一种极具发展潜力的激光光源。工作波长作为超快光纤激光器的重要参数,在一定程度上决定了激光器的应用领域。近年来,得益于1.7μm波段的独特光谱特性,1.7μm波段超快光纤激光器在生物医学、聚合物加工、光学成像等领域具有重要的应用价值。因此,研制高性能的1.7μm波段超快光纤激光器成为激光领域的研究热点之一。文中综述了近期1.7μm波段超快光纤激光器的研究进展,对目前获得1.7μm波段超短脉冲的不同方式进行总结,分析其技术特点;同时,介绍了笔者所在课题组报道的1.7μm波段耗散孤子超快光纤激光器及其放大系统的研究成果,概述了其工作原理、技术难点;最后,对1.7μm波段超快光纤激光的应用前景及发展趋势进行了展望。

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。

碲化铋倏逝场锁模器件的超快光纤激光器

为使光纤激光器在被动谐波锁模状态下实现锁模脉冲高重复频率输出,本文通过激光沉积法制备了一种基于非线性拓扑绝缘体材料碲化铋与侧面抛磨光纤相结合的可饱和吸收体锁模器件,该器件调制深度、非饱和损耗、饱和强度分别为23.96%、37.77%、31.5 MW/cm^(2)。将其应用在掺铒光纤激光器中,通过对整个腔内色散参数的调整,以及利用材料自身良好的非线性可饱和吸收能力,成功实现了锁模自启动,其中心波长为1555.67 nm,脉冲宽度为487 fs,重复频率为47.87 MHz,信噪比为58 dB。当泵浦功率超过150 mW时出现锁模脉冲的谐波分裂,持续对泵浦功率进行微调,增加直至最高功率250 mW时,出现了11阶谐波锁模脉冲,重复频率最高达到528 MHz,此时的信噪比为41.5 dB。本文结果证明利用侧面抛磨光纤结构的倏逝场,能够辅助材料提升一定的激光抗损伤能力,便于其在基本锁模状态下进一步实现被动谐波锁模,满足锁模脉冲高重频的产生及探究,对材料在高重频超快光纤激光器中的应用具有重要意义。

超快光纤激光器中的周期分岔研究进展(特邀)

超快光纤激光器已成为超短脉冲光源的理想选择对象并得到实际应用。由于光束直径受限于光纤截面及光与光纤的长相互作用距离,非线性效应不可避免。在非线性效应导致的脉冲分裂出现之前,在合适的条件下超快光纤激光器可以实现输出的周期分岔。周期分岔是指输出脉冲的参数以腔长的倍数为固定周期重复出现。周期分岔是非线性系统的本征特性之一,广泛存在于所有非线性系统中。文中对超快光纤激光器中的周期分岔的研究进展进行了详细综述,重点分析了不同色散区间周期分岔的表征特性,并对矢量孤子的周期分岔特性,以及多脉冲情况下的周期分岔特性进行讨论。

基于碳纳米管的被动锁模超快光纤激光器(上)

作为超快光纤激光器核心部件的可饱和吸收体近年来在纳米科学发展的带动下取得了很多突破性的进展,尤其是以碳纳米管材料为代表的光纤型可饱和吸收体受到了国际上的广泛关注。超快光纤激光器的应用不断扩展,包括精细加工、光谱特性探测、无损成像、光频率梳产生、材料的超快动力学研究等。针对近年来基于碳纳米管的超快光纤激光器的工作做一部分综述工作。对碳纳米管的原理、制备、非线性光学特性,尤其是在超快光纤激光器中的应用做出总结。

基于主动光场调控的超快光纤激光器研究进展(特邀)

综述了近期基于腔内空间光调制器的超快光纤激光器的研究进展,总结了目前基于腔内空间光调制器的超快光纤激光器所能实现的基本功能和输出特性,同时介绍了本课题组基于腔内空间光调制器的研究成果,最后对腔内空间光调制器驱动的超快光纤激光器的发展趋势和应用前景进行了展望。

基于圆偏振的高能量波长可调谐超快光纤激光研究

本文介绍了一种基于圆偏振光脉冲驱动的波长可调谐、能量可扩展的超快光纤光源。在光子晶体光纤中利用自相位调制占主导的非线性效应来展宽脉冲光谱,在输出端使用滤光片来选择特定的光谱旁瓣以满足后续实验需要。仿真及实验表明:在光谱展宽程度相同时,输入的圆偏振光功率需要达到线偏振光功率的1.4倍,相应的滤出光谱旁瓣能量约为线偏振光的1.4倍。进一步研究表明:圆偏振脉冲的输出光谱普遍存在比线偏振脉冲输出光谱更清晰的波瓣结构,有利于后续滤波输出过程中脉冲质量的提升;适当增加脉冲的输入功率可进一步拓宽光谱的调谐范围,在输入功率为4.9 W时,可获得波长范围为930~1200 nm的高能量飞秒脉冲。

1 MHz,273 W掺镱棒状光纤啁啾脉冲放大系统

掺镱超快光纤激光器因光束质量好、输出功率高而被广泛应用于科学研究、工业加工、医疗诊断等领域.大模场面积的棒状光纤可以提供平均功率在百瓦量级的高能量飞秒脉冲输出,本文基于掺镱棒状光纤搭建了啁啾脉冲放大系统,详细研究脉冲输入功率对脉冲放大及压缩的影响.实验结果表明,在低放大功率下(<160 W)增大输入功率可提升放大效率且脉冲压缩质量基本不受影响;当放大功率进一步增大时,需选择合适的输入功率避免积累过量非线性相位.该啁啾脉冲放大系统可将20 W圆偏光输入放大至305 W,压缩后产生平均功率为273 W、能量为273μJ的264 fs脉冲,脉冲平均功率和峰值功率比Pedersen课题组(Pedersen M E,Johansen M M,Olesen A S,Michieletto M,Gaponenko M,Maack M D 2022 Opt.Lett,475172)结果约提升了一倍.

1.7μm全光纤锁模脉冲掺铥光纤激光器研究

1.7μm超短脉冲光纤激光器在生物成像和材料加工等领域具有重要的应用前景,受到了科学家们的极大关注。基于非线性偏振旋转锁模技术,实验搭建了全光纤结构的1.7μm锁模脉冲掺铥光纤激光器。通过在激光器内加入光纤滤波器抑制掺铥光纤中的长波激光发射,同时采用纤芯泵浦的方式有效获得了1.7μm波段的增益。激光器输出脉冲的光谱中心波长为1 733 nm,3 dB带宽为6.3 nm。锁模脉冲的重复频率为19.56 MHz,平均功率为1.4 mW。同时,数值模拟了脉冲在激光器的腔内演化。文中提出的1.7μm全光纤锁模激光器有利于进一步提高1.7μm激光源的稳定性和集成度,在生物成像等领域具有重要的应用价值。

高损伤阈值可饱和吸收体锁模脉冲光纤激光器的研究进展

光纤激光器作为推动各领域发展的基础硬件,在轨道交通、光纤通信、新材料制造、动力电池加工、军事国防和医疗等领域都有广泛的应用价值.光纤激光器被动锁模技术的核心器件是可饱和吸收体,它对光纤激光器实现高能量、窄脉宽、大功率的激光输出起决定性作用.依托传统材料和传统结构的可饱和吸收体,由于无散热机制,光作用到材料上的光斑大小与光纤出射直径几乎相同,容易超过可饱和吸收体的损伤阈值从而造成损坏.因此,调整可饱和吸收体制备工艺和结构,对于提高可饱和吸收体的损伤阈值,实现性能优良、稳定性高的脉冲激光具有重要意义.本文综述了高损伤阈值可饱和吸收体国内外研究现状,指出了高损伤阈值可饱和吸收体可能的发展方向.

科研实验反哺光纤通信技术教学的实践

教学和科研之间相辅相成、密切相关、相互协同、相互促进,“研-教”协同理念应用于教学中已经成为培养本科生具有创新科研思维能力和工程实践能力的重要抓手。将前沿的科研实验成果“超快光纤激光器的实现及性能”融入光纤通信技术的课堂教学中,一方面可以激发学生的学习兴趣,掌握扎实的专业知识,提高学习成绩;另一方面可以培养学生的创新科研思维和工程实践能力。

基于色散管理的自相位调制光谱展宽滤波技术

自相位调制光谱滤波技术能够产生波长可调谐的飞秒脉冲,有望取代传统复杂的光参量振荡器而受到关注.然而,光纤中的正色散会导致光谱旁瓣调制深度减小,同时光波分裂现象阻碍了光谱的展宽.为了解决这两个问题,本文提出了一种基于色散管理的双通光谱滤波技术,在脉冲演化过程中通过引入负色散来优化脉冲的前后沿形状,并压缩脉冲宽度以提升脉冲的峰值功率,所产生的光谱不仅旁瓣更加清晰,而且调制深度更深.使用2 cm LMA-8光纤,利用该技术获得了脉冲能量为6 nJ、中心波长在920 nm的113 fs脉冲.

机械剥离石墨烯被动谐波锁模掺铒光纤激光器

基于机械剥离方法,即通过胶带反复剥离高定向热解石墨,制备得到少层石墨烯,并将其作为可饱和吸收体实现了被动谐波锁模掺铒光纤激光器。在抽运功率约135 m W时,获得了中心波长1568.3 nm,脉冲宽度1.82 ps,3 d B带宽1.7 nm,重复频率1.646 MHz的基频锁模激光输出。通过增加抽运功率和调节腔内偏振,可以获得谐波锁模,谐波阶数最高达到基频的47阶(77.36 MHz)。同时,研究了不同阶谐波锁模时,输出功率、脉冲宽度和单脉冲能量的变化。

光纤激光器被动锁模技术研究进展

超快光纤激光是目前激光器研究的一个热点。非线性可饱和吸收效应是光纤激光器被动锁模技术的核心。被动锁模技术主要分为真实饱和吸收体和人造饱和吸收体,真实可饱和吸收体包括:半导体可饱和吸收镜(SESAM)和纳米材料等;人造可饱和吸收体包括:非线性偏振旋转演化(NPE)、非线性光环形镜(NOLM)、非线性多模干涉(NLMMI)和Mamyshev再生器(Mamyshev)等。本文综述了最近各类可饱和吸收效应锁模光纤激光器的发展方向,简要阐明工作原理、技术优势、解决所面临问题的方法以及应用领域。

非线性环路反射镜锁模光纤激光器的研究进展

围绕着解决环境稳定性、自启动等主要挑战,非线性环镜锁模技术的发展脉络可概括为含有偏振控制器的非全保偏结构、双增益式全保偏八字腔结构和含有相位偏置器的全保偏九字腔结构。其中新型的九字腔非线性环镜锁模光纤激光器兼具自启动性能好、环境稳定性高、结构简单、成本低廉等特点,在光学频率梳、太赫兹抽运源以及工业材料微加工等领域有着良好的应用前景。