应用于下一代引力波探测器的超低噪声2μm高功率单频光纤激光器(特邀)

利用声光调制器(AOM)激光反馈回路对泵浦激光的强度噪声进行抑制,获得了5dB以上的强度噪声抑制(@f=1Hz~50kHz)。2μm单频光纤激光器的相对强度噪声获得3~15dB的抑制(@f=1Hz~50kHz),且其强度噪声水平接近探测器极限(@f=40~400Hz)。同时,其频率噪声也得到了3~8.4dB的抑制。经过两级掺铥保偏光纤放大器后,2μm单频激光的输出功率提升至5.2W左右,其频率噪声几乎没有明显增加,并且频率噪声水平均在100Hz√Hz(f>13Hz)。实现了频率响应为45MHz/V,频率漂移为41.4MHz@1h,功率波动<0.4%@1h,线宽<5kHz稳定的单频激光输出。该类超低噪声2μm单频光纤激光器将成为下一代引力波探测器的候选光源。

高功率2μm波长可调谐超短脉冲光纤激光器

高功率2μm波长可调谐的超短脉冲激光具有峰值功率高、脉冲宽度窄、波长可调谐等优势,在医疗手术、大气通信、光电对抗等领域具有广泛的应用。利用高峰值功率的掺铒光纤放大器泵浦高非线性光纤,在全光纤化结构中获得了1895~2165 nm可调谐的拉曼孤子输出。采用啁啾脉冲放大技术对拉曼孤子的脉冲能量进行提升,放大后拉曼孤子的单脉冲能量为1.56μJ,平均功率达到50.6 W,脉冲宽度为83 ps。经过光栅对压缩后,脉冲宽度降低至1.23 ps,平均功率为22 W,峰值功率达到0.55 MW。放大后的脉冲仍具有波长调谐的能力,当输出功率为5 W和50.6 W时,脉冲的波长调谐范围分别为38 nm和8 nm。

基于四波混频效应的1.5μm多波长单频光纤激光器(特邀)

利用笔者自主搭建的双波长单频光纤激光器作为种子,通过声光调制器以及多级光纤放大后,将激光注入至100 m长的高非线性光纤中,该光纤的零色散点在1 550 nm处。借助高非线性光纤的四波混频效应,最终在峰值功率13 W的泵浦下获得了一系列新的光谱成分,20 dB范围内共产生了46条新光谱。这些光谱跨越了1.337 THz,并且每条光谱中只包含一个纵模。由于新光谱基于四波混频效应产生,不同光谱之间不存在增益竞争等问题,因此,该激光器的多波长单频可以稳定存在,并且光谱强度接近。该多波长单频光纤激光器不仅具有线宽窄、相干性高、噪声低等优势,由于其还可以在全光纤结构下同时输出多个波长的单频激光,这使得其在波分复用光通信、光频率转换、激光雷达、微波光子学等领域具有十分重要的应用。

百瓦级1030nm光纤-固体混合放大激光器

光纤-固体混合放大技术能够将光纤激光器和固体放大器的优势结合,获得结构紧凑、成本低廉的高功率超短脉冲激光。因此,实验设计了基于掺镱光纤-固体混合放大技术的高平均功率超短脉冲激光器。该激光器主要由全光纤结构激光器和两级固体放大器组成,第一级为基于Yb:YAG单晶光纤的固体放大器,第二级为基于无侧面抛光的棒状Yb:YAG晶体的主放大器。超短脉冲全光纤前端平均输出功率为6.5 W,重复频率52.9 MHz,脉冲宽度47.5 ps。第一级单晶光纤放大器采用单通放大形式,在反向泵浦功率182 W时获得40 W的平均功率。第二级固体放大器同样为单通放大,在反向泵浦功率307 W时获得平均功率122.9 W的超短脉冲激光输出,滤除热退偏激光后获得了107.3 W的线偏振超短脉冲激光,对应斜效率为26.1%。此时测得脉冲宽度为12.1 ps,中心波长为1 030.6 nm,光谱宽度为2.4 nm。在最大输出功率107.3 W时,测得水平和垂直方向的光束质量因子M_(x)^(2)=1.45,M_(y)^(2)=1.20。

21 MHz~100 kHz重复频率亚皮秒NALM锁模光纤激光器

超短脉冲光纤激光器在工业、医学、科研等许多领域有着重要的应用。报道了基于全保偏非线性放大环形镜(NALM,nonlinear amplifying loop mirror)锁模的掺镱光纤激光器,通过调整腔内无源光纤的长度和位置,实现了21 MHz~100 kHz重复频率下的锁模。在21.16 MHz重复频率下实现了3 dB光谱带宽为9.1 nm、脉宽为5.3 ps的单脉冲锁模输出,经压缩后脉宽为352 fs。当重复频率为5.92 MHz时,获得了3 dB光谱带宽最宽为30 nm和压缩脉宽最窄为177 fs的锁模脉冲输出。受限于光纤长度,当最低重复频率为100 kHz时,从振荡器直接输出的锁模脉冲的单脉冲能量为104 nJ,脉宽为300 ps,经压缩后脉宽为1.053 ps。在所有重复频率下,锁模脉冲都具有宽光谱、可压缩至亚皮秒量级等特性,并且不是耗散孤子共振或者类噪声脉冲。其中,当重复频率为388 kHz时,脉宽为62.7 ps、单脉冲能量为20.8 nJ的NALM锁模种子源经过单级光纤放大器后,单脉冲能量可以直接放大到3μJ,最终脉宽可以被压缩至537 fs,整个激光器系统不含脉冲选择器件和额外的多级光纤放大级,结构十分紧凑。

掺镱光纤-固体高功率超短脉冲放大研究进展

高功率超短脉冲激光器在工业、科研和国防等领域有着广泛应用。光纤-固体混合放大技术将光纤激光器的光束质量好、单程增益大、散热性好等优势和单晶光纤/棒状(块状)固体放大器的脉冲峰值功率高、非线性效应弱等优势结合,是实现结构紧凑、稳定性好、成本低的高峰值功率、大能量超短脉冲激光器的有效手段。总结了近年来1μm波段掺镱光纤激光器、光子晶体光纤放大器、单晶光纤放大器和棒状(块状)固体放大器的国内外研究进展,重点介绍了本课题组在高功率超短脉冲光纤激光器、光子晶体光纤与固体放大器等领域的工作,同时探讨并展望了光纤-固体混合放大技术未来的发展方向。