全光纤结构的2.8μm增益开关激光器

波长为2.8μm的中红外脉冲激光器在科研及生物医疗领域具有重要应用.自主研制基于增益开关的976 nm高功率脉冲激光器,并以此为泵浦源,两端刻有光纤光栅的Er^(3+):ZBLAN(ZrF_(4)-BaF_(2)-LaF_(3)-AlF_(3)-NaF)光纤线型腔作为振荡器,通过级联增益开关的方式,实现了全光纤结构的2.8μm增益开关激光器.输出脉冲的重复频率为50 kHz,脉宽为1.27μs,最大输出功率为175.2 mW,相应的脉冲能量为3.54μJ.由于采用增益开关和光放大方案制备的976 nm泵浦源输出稳定性较高,与采用传统电调制泵浦源方案相比,利用本研究泵浦源方案实现的2.8μm增益开关激光器具有更高的输出脉冲稳定性.该工作从提升输出特性方面拓展了2.8μm全光纤增益开关激光器的研究,并为其他波段增益开关激光器在提高输出脉冲稳定性方面提供了有益借鉴方案.

3μm波段Er^(3+)∶ZBLAN光纤激光器研究进展及展望

3µm激光处于分子指纹区,在医疗外科、气体检测、军事应用等领域都有重要的应用价值。Er^(3+)∶ZBLAN光纤激光器具有效率高、可集成的优点,是3µm激光的主要输出方式。本文从铒离子跃迁产生3µm激光出发,围绕Er^(3+)∶ZBLAN光纤激光器,介绍了3µm激光产生的结构原理及能级系统,总结了实现该波段高功率连续输出和脉冲输出的技术方案和研究进展,重点介绍了基于不同材料可饱和吸收体的调Q和锁模激光器实验研究,并对目前实现3µm波段高功率输出需要解决的问题进行了分析,最后对Er^(3+)∶ZBLAN激光器的发展方向进行了展望。

2μm可调谐全光纤脉冲激光器

本文采用光纤尾纤型马赫曾德型(MZ)结构的周期性铌酸锂(LiNbO 3)电光强度调制器进行主动调Q,设计了在环形腔结构中加入可调谐滤波器,实现了波长在1882 nm~1992 nm可调谐脉冲激光的稳定输出。调节施加在调制器上的信号频率,产生了激光器重复频率在15~70 kHz可调的脉冲激光。在重复频率为15 kHz时,泵浦功率为1 W时,获得最大单脉冲能量6.4μJ,峰值功率5.1 W。本研究具有全光纤化,波长大范围可调等优势,有助于进一步探索调Q脉冲激光的可调谐范围及其潜在应用。

sub-500 fs宽度2μm光纤激光振荡器研究进展(特邀)

2μm波段超快激光持续时间短,峰值功率高,光谱范围宽,同时处在大气窗口,多种有机、无机气体分子的吸收峰和人眼安全波段,已广泛应用于生物医疗、激光雷达和非金属材料加工等领域。利用光纤锁模激光振荡器产生2μm波段超快激光是一种最直接简单的技术方法,具有结构紧凑、光束质量高和成本低等优点。然而,目前关于sub-500 fs的2μm波段的光纤激光振荡器却鲜有报道。基于传统孤子和色散管理孤子两种孤子锁模方式,全面介绍了目前2μm波段sub-500 fs光纤振荡器的研究进展,并总结了实现sub-500 fs脉宽2μm超快激光的关键技术。针对不同的应用领域的具体需求,对2μm超快激光光纤振荡器的未来发展进行展望。

高功率连续掺铥光纤激光器研究进展及展望

2μm高功率掺铥光纤激光器(thulium doped fiber lasers, TDFL)在激光测距、激光雷达及医疗检测等领域有重要应用。本文主要梳理了高功率连续TDFL的国内外最新研究进展,介绍了连续TDFL的发展现状,总结了高功率TDFL功率提升的主要限制因素,并从热效应、非线性效应及模式不稳定性3个方面进行了分析。最后,提出采用新型泵浦结构、优化增益光纤的结构设计、研制高品质光纤耦合器和高亮度泵浦源等方法可进一步提高2μm高功率TDFL掺铥光纤激光器的综合输出性能。

1.06μm InGaAs/InGaAsP量子阱半导体激光器的温度特性

研究了1.06μm InGaAs/InGaAsP量子阱半导体激光器厘米bar模块的温度特性,测试分析了该模块的输出光功率、阈值电流、转换效率和光谱随注入电流及管芯温度变化的特性。结果表明,器件在15～55℃范围内所测的输出光功率由40.7 W降低到29.4 W,阈值电流由9.29 A升高到17.24 A,转换效率由54.22%降低到37.55%,光谱漂移为0.37 nm/℃,特征温度为68.6 K。实验结果表明,为保持器件性能的稳定,在实际应用过程中应该使器件的温度控制在15～25℃范围内。

2μm光纤激光器的研究进展

近年来,2μm波段的光纤激光器由于在测高、测距、大气遥感等方面具有重要的应用前景而引起了广泛关注。光纤激光器以其耦合效率高、散热好、转换效率高、阈值低、光束质量好和窄线宽等优点在激光领域中占据了重要的地位。介绍了实现2μm激光输出的3个基本条件,并分别介绍了单掺Tm3+与Tm3+,Ho3+共掺2μm光纤态激光器的发展状况,指出掺Tm3+光纤激光器2μm连续激光输出能量应该还有很大的提升空间,在脉冲输出方面,Tm3+、Ho3+共掺激光器是一个今后研究的热点。

3μm波长Er:ZBLAN光纤激光器研究进展

波长在3μm附近的中红外Er掺杂的氟化物(Er:ZBLAN)光纤激光器凭借其良好的光束质量、体积小、可盘绕、易于实现等优势广泛应用于工业、医疗、军事等领域。本文主要介绍了基于Er:ZBLAN光纤激光器的发展现状,讨论了它们在发展中遇到的技术难题,总结并展望了其未来的发展方向。针对目前研究现状,提出多级放大将会是进一步提升3μm Er:ZBLAN光纤激光器单路激光功率的方法。为了突破单路激光的功率极限,将其与光纤合束技术融合将会成为未来的一个研究方向。

2μm光纤激光器的研究进展

近年来,2μm光纤激光器由于自身优点和重要应用价值受到人们的极大关注。综述了单掺Tm3+、单掺Ho3+和Tm3+:Ho3+共掺2μm光纤激光器的发展状况,分析提出1565nm抽运Tm3+:Ho3+共掺光纤激光器系统是产生2μm激光的较佳选择。

基于热扩芯光纤的M-Z滤波器及其在宽带可调谐光纤激光器中的应用

采用氢－氧焰对单模光纤加热的方法制备了热扩芯光纤，利用所制备的热扩芯光纤制作了一种全光纤M－Z干涉滤波器．将该M—Z滤波器嵌入Sagnac滤波器中，构建了一种新型可调谐Sagnac干涉滤波器，其透射谱由Sagnac干涉与M—Z干涉的非相干叠加而成．利用该Sagnac滤波器，搭建了宽带可调谐掺铒光纤激光器．通过调节Sagnac滤波器中的偏振控制器，实现了输出激光的可调谐功能．实验结果表明：激光器的输出波长在1540．3～1581．2nm范围内可调．激光输出谱的平坦度优于2dB，激光的边模抑制比超过45dB，而激光的3dB线宽小于0．1nm．

2μm波段宽带可调谐全光纤激光器

设计并实验研究了一种采用Fabry-Perot(F-P)光纤滤波器的2μm波段宽带可调谐全光纤环形激光器,经过放大的1 550nm半导体激光泵浦单模铥-钬共掺光纤(THDF)获得2μm波段宽带增益。实验结果表明,该结构在2μm波段获得了195nm调谐范围的激光输出,线宽0.05nm,边模抑制比66.98dB。整个结构采用铥-钬共掺光纤放大结构,可使输出功率达到瓦级。

2μm高功率掺铥光纤激光器研究进展

掺铥光纤激光器不仅具有光纤激光器结构简单、光束质量好、效率高和易于操作等特点,其输出的2μm中红外波段还可广泛应用于各个领域。本文以铥元素的光谱吸收特性和能级结构为基础,讨论了三种泵浦掺铥光纤(TDF)激光器的方法,并对其各自优缺点进行了对比;然后分析了TDF激光器的国内外研究状况,总结了国内TDF激光器发展相对滞后的原因;最后提出了影响TDF激光器工作性能的主要因素及其今后的发展方向。

基于SESAM的3μm波段被动调Q光纤激光器

基于半导体可饱和吸收镜,实现了3μm波段被动调Q光纤激光器平均功率瓦级输出。激光器最大平均功率为1.0 W,对应的最大脉冲能量及最大峰值功率分别为6.9μJ和21.7 W。激光器斜效率为17.8%,最高重复频率为146.3kHz,最小脉宽为315.0ns。

2μm掺铥(Tm^(3+))光纤激光器的实验研究

为了实现高效、紧凑、窄线宽的2μm激光输出,采用中心波长为790nm的LD激光器作为泵浦源端面泵浦掺铥光纤,半导体散热系统,光纤布拉格光栅(FBG)构成谐振腔的全光纤激光器。首先,我们采用一个光栅,光纤尾端采用4%的菲涅尔反射,将所有的光学元件熔接在一起后,我们获得了2μm的稳定输出。当泵浦电流为44A时,获得的最大输出功率为8.7W,斜率效率为29.4%,其线宽为4.5m,阈值功率为0.7W。当采用两个光栅构成谐振腔时,其线宽可窄至3nm左右,光斑质量可得到进一步的提高.实验结果表明:该激光器稳定性可靠、输出激光线宽较窄,功率较高,光斑质量好。

2μm波段多波长可调谐光纤激光器研究

设计了一种基于马赫-曾德(M-Z)光纤干涉滤波器的可调谐多波长掺铥环形光纤激光器,M-Z光纤滤波器由两个3 d B耦合器级联构成,通过光纤耦合器接入环形腔中,并利用Sagnac光纤反射镜实现反射式滤波。实验利用一个发射功率为250 m W的1573 nm光纤激光器作为泵浦源,通过一个1570/2000 nm波分复用器(WDM)注入一段4 m长单模掺铥光纤(TDF)中获得2μm波段光增益。环形腔内加入偏振控制器(PC)调节腔内损耗,实现了2μm波段可调谐多波长输出,观测到最多3个波长激光。

采用可调Mach-Zehnder滤波的波长可切换掺铒光纤激光器

为了实现高稳定性的可调谐激光输出,提出并设计了一种基于马赫-曾德(M-Z)结构和光纤光栅串结合的掺铒光纤激光器,在M-Z干涉结构的一个干涉臂中加入光学延迟线(ODL),实现对干涉间隔的灵活可调。系统结构设计采用976 nm波长的LD作为泵浦源,长度为6 m的掺铒光纤作为增益介质;采用光栅串将特定波长的光反射回环形腔形成振荡;采用M-Z结构产生梳状滤波用来对光栅串反射回的光进行选择;通过调节ODL来改变腔内损耗,进而实现激光的可调谐输出,并通过在系统中加入可饱和吸收体(SA)和子腔结构来抑制波长的跳变。实验中,在泵浦功率为100 mW时,实现了单波长双波长和三波长的稳定的激光输出。单波长共输出13个,调谐范围为1 570~1 596 nm,调谐间隔为2 nm,边模抑制比均大于50 d B。

2μm全光纤结构铥钬共掺光纤激光器

为了实现高效、全光纤化的2μm激光输出,采用中心波长为1569nm附近的级联双包层铒镱共掺光纤放大器来抽运铥钬共掺单模光纤、1550nm/2000nm波分复用器、光纤耦合器构成的环形腔全光纤激光器。当915nm LD抽运驱动电流为6.9A时,获得的最大输出激光功率为57.23mW,斜率效率约为12%,线宽约为4.5nm,阈值抽运功率约为180mW。结果表明,该光纤激光器性能可靠,其在光纤传感、激光医疗等领域将有巨大应用前景。

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。

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。

0.9~1.0μm近红外连续光纤激光器的研究进展

波长为0.9~1.0μm的近红外连续光纤激光器在高功率蓝光和紫外激光产生、高功率单模泵浦源、生物医学以及激光雷达等领域具有重要的应用前景,成为近年来的一个研究热点。目前,0.9~1.0μm光纤激光器的增益机制主要有稀土离子增益和非线性效应增益,本文详细梳理了基于这两类增益机制的0.9~1.0μm连续光纤激光器的研究进展,并深入分析了各类激光器存在的技术瓶颈及解决途径,最后对0.9~1.0μm光纤激光器的发展趋势和应用前景进行了展望。