飞秒钛宝石激光器的工作原理研究

飞秒激光是一种持续时间极短(10-15s),峰值功率高的以脉冲形式运转的激光。它不仅能使人们获得超短时间的分辨能力,同时,由于它的高峰值功率,使它在各个领域都得到了广泛的应用。飞秒钛宝石激光器包括飞秒激光振荡器和飞秒激光放大器两部分,是目前能产生飞秒量级脉冲的应用最广泛的激光器。它通过钛宝石的自锁模原理,并采用世界上先进的啁啾脉冲放大(CPA)技术,已能直接产生零点几个飞秒、峰值功率达太瓦量级的激光脉冲。文章从钛宝石晶体的增益特性、自锁模原理、色散及色散补偿、脉冲的展宽与压缩、再生放大器等方面,对飞秒钛宝石激光振荡器和放大器的工作原理做详细的阐述。

低阈值飞秒钛宝石激光器的理论研究

利用数值求解的方法 ,从理论上系统分析了决定钛宝石激光器锁模阈值的几个关键因素 .定量分析了腔模对克尔效应的主导作用 ,并将光孤子模型引入低阈值锁模理论 ,分析了色散与阈值的关系 .根据理论指导在实验上完成了一台阈值低至 390mW自启动飞秒掺钛蓝宝石激光器 .

20MHz自启动克尔透镜锁模飞秒钛宝石激光器

传统的克尔透镜锁模激光器能产生脉宽窄峰值功率高的飞秒脉冲,但其重复率(100 MHz)使得每一个脉冲的能量在几个纳焦.在一些实验中需要几十纳焦能量的脉冲,而这又不必使用飞秒激光放大的系统,这就需要一种介于两者之间的技术.除此以外增加单脉冲能量的方法还有腔倒空技术和增加腔长的办法.腔倒空技术需要在腔内加入布拉格衍射盒,结构复杂、昂贵.如果仅仅使用平面镜折叠光路借以增加腔长,不仅会使锁模非常困难,甚至导致激光器无法振荡.最近报导了一种新型的几何腔型多通长腔(MPC).MPC由两个大曲率凹面镜组成,构成类似1∶1的望远放大系统.光束在MPC中往返传输以增加脉冲渡越时间、降低重复率,从而使每个脉冲得到更大的增益,提高单个脉冲的能量.本文报导了低重复率MPC飞秒钛宝石激光器的锁模运转情况,并在腔中使用SESAM实现了锁模的自启动.在国内尚居首次.5W平均抽运功率下,实现了重复率为20 MHz的低重复率锁模运转,锁模脉冲宽度42 fs.(OC32)

自锁模钛宝石激光器突破10飞秒

As short as 8.5 fs pulses have been generated from a home made self-start self-mode-locking Ti: sap-phire laser. With higher Ti dopped, shorter laser rod, lower third order group velocity dispersion prism pair, and larger gain modulation operation condition, the laser possesses the potential of generating sub-10 femtosecond.

低泵浦功率自启动KLM锁模钛宝石飞秒激光器

A low pump power self starting Kerr lens mode locking Ti:sapphire laser without internal aperture is demonstrated and analyzed with “thick lens” model and with self consistency gain modulation. Pulses as short as 15 fs are generated with pump power of 3 5 W.

皮秒激光泵浦的亚10fs钛宝石激光器

研制了高稳定Nd∶YVO_4皮秒激光振荡器,并在15 W、808nm激光泵浦下得到6 W的连续锁模皮秒激光输出,光-光效率为40%.对该皮秒激光进行单通放大后得到14 W的基频光输出,倍频后可以得到7 W的532nm皮秒激光,用作钛宝石振荡器的泵浦源.在4.5 W的皮秒532nm激光泵浦下,结合腔外压缩,得到了脉宽为9.4fs、平均功率为150mW的脉冲序列输出.调节钛宝石振荡器的腔长使其与皮秒振荡器的腔长一致时,可实现自触发克尔透镜锁模.实验结果表明皮秒激光泵浦可以有效地触发钛宝石激光器的自动锁模,输出飞秒脉冲序列.

全固化自锁模飞秒Ti∶S激光器实验研究

首次在国内系统报道了以腔内 L BO倍频 Nd∶ YVO4 激光器为泵浦源的全固化自锁模飞秒钛宝石激光器的实验结果 .设计了一种热不敏腔内 LBO倍频线性折叠腔结构 ,获得到了2 5.5%的光转换效率 ,泵浦功率为 2 2 W时得到了 5.6 W的基模绿光输出功率 ;以该激光器为泵浦源 ,在线性 Z型腔的基础上 ,使用了一种能够通过改变腔内凹面聚焦镜折叠角消除象散的方法 ,直接由钛宝石激光器得到了脉冲宽度为 2 2 fs、功率为 3 0 0 m W的光脉冲 .整个激光系统稳定性好 ,噪音明显低于 Ar3 +

钛宝石飞秒激光器用色散补偿Gires-Tournois镜的研究

根据钛宝石飞秒激光器的色散补偿要求设计了单次反射平均补偿量为-60fs2的GT(Gires-Tournois)镜,采用离子束辅助沉积技术结合光学监控技术制作了器件.用分光光度计对650—950nm波段薄膜反射率进行测试,结果表明反射率测试曲线与设计曲线十分符合,同时利用白光干涉系统对群延迟色散进行了测试,测试结果与设计符合得很好,实际的色散曲线振荡基本控制在±20fs2以内.应用该GT镜进行钛宝石飞秒激光系统的色散补偿,取得了很好的锁模效果,得到了29fs的超短脉冲.

利用SBR实现自启动锁模钛宝石飞秒激光脉冲的产生

利用国内生长的低损耗双量子阱结构的可饱和布拉格反射器在掺钛蓝宝石激光器中实现了可饱和吸收体被动锁模、孤子锁模和KLM锁模状态的自启动稳定运转.当抽运功率为4.5W时,用啁啾镜进行色散补偿,获得了18fs的KLM锁模脉冲,输出功率为150mW.

超短激光脉冲应用中的重频及重频差锁定技术研究

超短激光脉冲的高精度重复频率以及重频差锁定在光通信、距离测量以及光频梳等研究领域都有着重要应用。目前,商用重复频率及重频差锁定仪器仅可用于各公司自己的激光器,不具有通用性且价格较为昂贵;并且,同一台仪器无法同时用于实现重复频率及重频差的锁定。实验研究了超短激光脉冲应用中的重频及重频差锁定技术。实验中,通过直接将鉴相器后的混频信号输入到伺服控制系统中反馈控制激光器腔长,实现了重复频率锁定,锁定精度与商用重复频率锁定仪器相当。进一步使用自制的基于FPGA的频转压模块置于伺服控制器前端,实现了对重复频率锁定以及重频差的灵活切换锁定,大大降低成本的同时提高了使用灵活性。该频转压模块由于内部需要模拟信号转数字频率以及频率转电压的线性转换过程,会引入误差,因此锁定精度较商用仪器低一个量级,后期可通过对内部系统优化进一步提高锁定精度。

飞秒超强激光多通预放大过程中的脉冲信噪比研究

从啁啾脉冲放大的基本理论出发,详细计算了啁啾脉冲在多通预放大中各个时间点的增益情况,并设计了一个十通预放大器进行了实验研究.结果显示,在抽运通量为1.6J/cm2的非饱和放大情况下,种子脉冲经过十通预放大之后信噪比由10-5提高到10-7.这表明在非饱和抽运通量下,多通预放大器可以有效提高激光脉冲的信噪比.

腔内型光电导太赫兹辐射产生器设计(英文)

提出了在飞秒锁模钛宝石激光器腔内产生太赫兹辐射的新设计方案,并给出了太赫兹产生器件的结构参数以及器件的设计原理。新设计的器件把光电导太赫兹偶极天线发射器与飞秒钛宝石激光器的可饱和Bragg反射镜结合在一起,不仅可以提高太赫兹辐射的产生效率,而且可以使飞秒钛宝石激光器自启动锁模.

双啁啾介质镜的设计与分析

从双啁啾膜系原理出发 ,经过自行编制的软件优化计算 ,得到了由 5 4层介质膜组成的具有色散补偿功能的宽带高反镜 ,高反射率 (大于 99 9%)带宽宽达 12 0nm ,群延迟色散量为 - 5 0fs2 。对基于耦合模理论和传输线理论的双啁啾镜的原理和设计思路进行了分析 ,并通过计算机模拟验证了设计结果 ,分析了膜系各参量的改变对膜系的反射率和时延特性的影响。另外 ,在优化计算过程中发现了一些值得注意的有用的规律。