Stable single longitudinal mode erbium-doped silica fiber laser based on an asymmetric linear three-cavity structure

We present a stable linear-cavity single longitudinal mode （SLM） erbium-doped silica fiber laser. It consists of four fiber Bragg gratings （FBGs） directly written in a section of photosensitive erbium-doped fiber （EDF） to form an asymmetric three-cavity structure. The stable SLM operation at a wavelength of 1545.112 nm with a 3-dB bandwidth of 0.012 nm and an optical signal-to-noise ratio （OSNR） of about 60 dB is verified experimentally. Under laboratory conditions, the performance of a power fluctuation of less than 0.05 dB observed from the power meter for 6 h and a wavelength variation of less than 0.01 nm obtained from the optical spectrum analyzer （OSA） for about 1.5 h are demonstrated. The gain fiber length is no longer limited to only several centimeters for SLM operation because of the excellent mode-selecting ability of the asymmetric three-cavity structure. The proposed scheme provides a simple and cost-effective approach to realizing a stable SLM fiber laser.

The single-longitudinal-mode operation of a ridge waveguide laser based on two-dimensional photonic crystals

An electrically driven, single-longitudinal-mode GaAs based photonic crystal （PC） ridge waveguide （RWG） laser emitting at around 850 nm is demonstrated. The single-longitudinal-mode lasing characteristic is achieved by introducing the PC to the RWG laser. The triangle PC is etched on both sides of the ridge by photolithography and inductive coupled plasma （ICP） etching. The lasing spectra of the RWG lasers with and without the PC are studied, and the result shows that the PC purifies the longitudinal mode. The power per facet versus current and current-voltage characteristics have also been studied and compared.

A single-longitudinal-mode continuous-wave Ho-(3＋)：YVO4 laser at 2.05 μm pumped by a Tm-fibre laser

We present a single-longitudinal-mode continuous-wave Ho^3＋：YVO4 laser at 2.05 μm pumped by a Tm-doped fibre laser. Use of a cavity etalon enables spectral selectivity for single-mode operation. The highest power achieved in the single longitudinal mode at 2052.5 nm is 282 mW at a slope efficiency of 6.9%, corresponding to an optical conversion efficiency of 3.0%. These features demonstrate that this single-longitudinal-mode Ho：YVO4 laser is suitable for use as a seed laser in some Lidar systems（e.g., coherent Lidar or differential absorption Lidar）. To the best of our knowledge, this is the first report on such a single-longitudinal-mode Ho：YVO4 laser at 2.05 μm.

2-μm mode-locked nanosecond fiber laser based on MoS_2 saturable absorber

We demonstrated a 2-μm passively mode-locked nanosecond fiber laser based on a MoS2 saturable absorber（SA）.Owing to the effect of nonlinear absorption in the MoS2 SA, the pulse width decreased from 64.7 to 13.8 ns with increasing pump power from 1.10 to 1.45 W. The use of a narrow-bandwidth fiber Bragg grating resulted in a central wavelength and 3-dB spectral bandwidth of 2010.16 and 0.15 nm, respectively. Experimental results show that MoS2 is a promising material for a 2-μm mode-locked fiber laser.

无保护层纳秒脉冲激光强化对DD5单晶合金耐磨性能的影响

目的提高发动机涡轮叶片榫头材料DD5单晶高温合金的高温耐磨性能。方法采用不同能量的无保护层纳秒脉冲激光对DD5单晶合金试样表面进行处理,利用摩擦磨损试验机获得DD5单晶合金在650℃下的摩擦磨损性能参数,并通过显微硬度计、扫描电子显微镜、能谱仪、共聚焦三维表面轮廓仪对磨损前后的DD5单晶试件进行表征分析,揭示纳秒脉冲激光强化技术提高单晶高温合金耐磨性能的机理。结果采用纳秒脉冲激光处理DD5单晶高温合金后,材料表层发生了重熔现象,并在重熔层中生成了弥散分布的铝的氧化物颗粒,其粒径为5~50nm;纳秒脉冲激光处理后产生的弥散分布的氧化铝颗粒为硬质相,它提升了单晶表面的显微硬度;经纳秒脉冲激光处理后,试样的磨损率降低了19.7%~37.6%,单晶合金的磨损机制以磨粒磨损为主。结论经纳秒脉冲激光处理后,单晶表面生成了含有弥散分布的纳米氧化铝颗粒的重熔层,在它与激光诱导的等离子体冲击波产生的硬化层的共同作用下,提升了镍基单晶高温合金在高温下的耐磨性能。

基于多纵模振荡种子源的高功率窄线宽光纤激光器关键技术分析及研究现状

基于多纵模振荡种子源的窄线宽光纤激光器具有光路简单、结构紧凑、可靠性高、成本低等特点,在实际工程应用以及在空间受限的载荷平台上有着显著优势,是高功率光谱合成的理想子束模块。受自脉冲效应的影响,多纵模振荡种子源的时域特性较差,导致放大过程中会产生较强的光谱展宽与受激拉曼散射效应。这限制了其输出功率的进一步提升并降低了其光谱纯度。本文首先介绍了4种常见的窄线宽种子源,并重点分析了多纵模振荡种子源中自脉冲效应产生的机理及抑制方法,对优化多纵模振荡种子源和放大器的关键技术进行了详细介绍,归纳总结了近几年的技术突破与研究成果,对未来的发展方向进行了展望分析。本文研究对基于多纵模振荡种子源的窄线宽激光器的功率提升和光谱优化提供一定思路。

2μm单纵模全固态脉冲激光技术研究进展(封面文章·特邀)

2μm激光属于人眼安全波段,具有高大气透过率和水吸收特性,能覆盖CO_(2)等温室气体的吸收峰,因此在大气环境监测、光通信、激光雷达、材料加工、医疗手术等领域有广泛应用。其中,单纵模运转的全固态2μm脉冲激光器以其高稳定性、窄线宽和优良的光束质量等优势,可作为多普勒测风、相干差分吸收等激光雷达应用的优质光源,在工业、国防和科研等领域具有重要意义。目前,实现2μm激光输出的主要方法有光参量技术和直接泵浦法。相比光参量技术,直接泵浦法更具高效率、可调节性和集成性等优点,已成为2μm全固态激光的主流方式。文中总结了常用的2μm固体激光增益介质,分析了空间结构振荡器单纵模选择的原理和特点,综述了2μm单纵模全固态脉冲激光的研究进展,并对不同结构激光器的输出特性进行了比较,最后对2μm单纵模全固态脉冲激光的发展前景进行了展望。

高功率连续波单频589 nm金刚石钠导星激光器研究(特邀)

面向天文观测等领域对高功率单频589 nm钠导星激光器的应用需求,通过金刚石拉曼谐振及腔内倍频技术结合1018 nm掺镱光纤激光技术,实现了最高功率16.5 W的连续波单频589 nm钠导星激光器研制。建立外腔拉曼振荡及腔内倍频理论,详细分析谐振腔输出耦合率和倍频晶体相位匹配条件对输出激光功率的影响。激光光谱宽度为16 MHz,光束质量因子为1.05,光光转化效率为20%。

基于无源双环复合子腔滤波器的可调谐单纵模掺铥光纤激光器

提出并实现了一种基于均匀光纤布拉格光栅(Uniform fiber Bragg grating,UFBG)和双环复合子腔滤波器的可调谐单纵模掺铥光纤激光器。3 dB带宽为0.18 nm的UFBG作为波长选择器件,与可进行模式选择的双环复合子腔滤波器相结合,实现了单纵模激光输出。测得激光器的输出波长为2048.69 nm,光信噪比为71.82 dB。60 min内的最大波长和功率波动分别为0.03 nm和0.76 dB。此外,激光器的相对强度噪声在>0.5 MHz时,低于-127.81 dB/Hz;采用基于3×3耦合器的非平衡迈克尔逊干涉仪装置测得0.001 s时激光线宽为7.7196 kHz。通过调整微位移平台改变作用在均匀光栅上的应力,单纵模激光实现了5.1 nm范围可调谐输出。

基于石英玻璃掺铥光纤的单纵模DBR光纤激光器的研制

研制了一种具有频率调谐功能的2µm波段分布Bragg反射(DBR)型单纵模光纤激光器。该激光器基于石英玻璃单模掺铥光纤和793 nm半导体激光器泵浦源,其光电器件分离集成在1U机箱内。通过内置压电陶瓷(PZT),可实现对激光频率的快速调谐,调谐范围约6 GHz;通过TEC温度控制,可实现对激光频率在29 GHz范围内无跳模调谐。单纵模激光输出功率为18.2 mW,输出激光信噪比大于60 dB,泵浦转换效率达27%。该激光器样机可望在高分辨光谱、量子信息以及非线性频率变换等领域发挥重要作用。

光电反馈抑制DBR单纵模光纤激光器的弛豫振荡噪声

报道了使用光电反馈法对1.5μm分布式布拉格反射(DBR)单纵模光纤激光器强度噪声的抑制结果。通过分析光纤激光器的泵浦扰动到激光输出功率波动的传递函数,发现其相频响应在弛豫振荡频率处有180°相位突变。因此,依据已有的商用比例积分(PI)控制电路设计并构建了一阶移相网络,在弛豫振荡频率处提供45°超前相位以补偿该频率处的相位突变。采用该反馈控制系统,可将激光器的弛豫振荡峰由−95 dB/Hz降至−125 dB/Hz,抑制幅度高达30 dB。抑制后的光纤激光器有望在精密测量等应用中发挥重要作用。

A novel hybrid Ⅲ–Ⅴ/silicon deformed micro-disk single-mode laser

A novel hybrid III-V/silicon deformed micro-disk single-mode laser connecting to a Si output wave- guide is designed, and fabricated through BCB bonding technology and standard i-line photolithography. Com- pared to a traditional circular micro-disk in multi-longitudinal-mode operation, unidirectional emission and single longitudinal-mode output from a Si waveguide are realized. In the experiments, an output power of 0.31 mW and a side-mode suppression ratio of 27 dB in the continuous-wave regime are obtained.

激光雷达用高性能光纤激光器

系统研究了窄线宽低噪声单频连续光纤激光器、高能量纳秒长脉冲单频光纤激光器以及高峰值功率纳秒短脉冲光纤激光器三类高性能光纤激光器:实现了工作于1、1.5及2μm波段的单频连续光纤激光器,典型光谱线宽小于3 k Hz,强度噪声接近于散粒噪声极限;实现了高能量单频光纤激光器,脉冲能量超过200μJ,重复频率20 k Hz,脉冲宽度100~500 ns,激光波长位于1.5μm波段;实现了高峰值功率纳秒短脉冲光纤激光器,峰值功率超过700 k W,重复频率10 k Hz,脉冲宽度3 ns;同时还实现了高重频高峰值功率纳秒短脉冲光纤激光器,峰值功率超过200 W,重复频率3 MHz,脉冲宽度1~5 ns。文中阐述了以上几类高性能光纤激光器在激光雷达探测系统中的应用前景。

全固态单纵模593.5nm和频激光器

利用法布里-珀罗(F-P)标准具选频实现了单纵模593.5 nm激光和频输出。采用单块Nd∶YVO4晶体,通过对谐振腔输出镜膜系的设计与优化,在两镜线性腔中实现了稳定的1 064 nm与1 342 nm双波长振荡。放入I类位相匹配和频晶体LBO进行腔内和频时,抽运功率为2 W可获得52 mW的593.5 nm橙黄色激光输出,但输出光束噪声较大,其RMS噪声为6.8%。在腔内加入400μm厚熔融石英标准具进行选频,实现了单纵模593.5 nm激光输出,单纵模线宽为600 MHz,输出功率为34 mW,RMS噪声降为0.3%,实现了低噪声输出。实验结果表明,在和频过程中,利用一块标准具对两个波长同时进行选频是获得单纵模和频光的有效方法。

微片激光器的最新研究进展

微片激光器由于其结构简单紧凑、相干长度长、易实现高亮度的单纵模单频输出,因此成为固体激光器研究领域的热点之一。简要介绍了微片激光器的技术特点及应用,重点介绍了国内外各种微片激光器的最新研究成果及其应用,分析了影响微片激光器发展的因素,并对微片激光器今后的发展趋势进行了展望。

吸气式激光推进单脉冲性能实验研究

利用实验室建立的多种测量系统,组合不同的聚焦及约束条件,广泛进行了吸气式激光推进单脉冲性能实验研究。给出了气压、单脉冲能量和实验件构形对冲量耦合系数影响规律,发现随实验条件变化存在不同的冲量耦合系数稳定区间;测量了单脉冲激光推力加载过程,其持续时间约为170μs,峰值约为200 N;获得了不同约束和不同能量下的流场波系结构,认为激波速度大、有效作用时间长有利于获得高的冲量;进一步综合分析了目前吸气式激光推进的研究局限和发展方向,为重复多脉冲性能研究奠定了很好的实验方法和数据基础。

用声光调制器实现的1W Nd∶YAG单纵模环形激光器

鉴于单向环形腔是目前获得较大功率单纵模激光最有效的方式之一,为使环形腔单向运行,需要在环形腔内插入对正反2个方向的光产生损耗差的光学元件。采用激光二极管泵浦Nd∶YAG晶体,用声光调制器作为光学二极管使环形腔单向运行,实现四镜矩形环形腔单纵模激光器。实验中谐振腔的稳定性由增益介质的热透镜保证,声光调制器给正反2个方向的光提供损耗差,这使得在竞争过程中有较大损耗的光不能运行从而获得单向输出。实验获得了连续功率1W、光束质量因子M2为1.21的1.06μm单纵模激光。

半导体激光器的发展及其在激光光谱学中的应用

半导体激光器的发展迅速,以其独特的性能及优点获得了广泛的应用.本文简略地回顾了各种半导体激光器的原理、结构、进展及其在激光光谱学中的主要应用.给出利用垂直腔面发射激光器得到的氧气的吸收光谱.

LD泵浦的全固态激光器的单频实现方法

由于“绿光问题”的存在,使得全固态腔内倍频激光器的应用备受限制。本文详细分析了用单纵模法实现全固态腔内倍频激光器单频输出的各种方法和实验装置。

基于无源腔多波长单模布里渊光纤激光器

为了实现一种单模多波长布里渊光纤激光器,采用了将掺铒光纤放大器放置于1个10m左右的无源光纤振荡腔外,各阶布里渊激光通过耦合器可反馈回送到掺铒光纤放大器中再次放大,作为下一阶布里渊激光的抽运光来产生多阶布里渊激光的方法,并进行了理论分析和实验验证。结果表明,在现有掺铒光纤放大器输出功率的水平,在这种多波长单模布里渊光纤激光器中观察到了7个布里渊激光波长。预计其在光生微波、密集波分复用系统、光学惯性旋转传感和超高精度光谱分析等领域将会有着极其广泛的应用。