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Research Articles
High-repetition-rate and high-power efficient picosecond thin-disk regenerative amplifier
Sizhi Xu
1
Yubo Gao
1
Xing Liu
1,*
Yewang Chen
1
[ ... ]
Shuangchen Ruan
1,*
Author Affiliations
Abstract
1
Key Laboratory of Advanced Optical Precision Manufacturing Technology of Guangdong Higher Education Institutes, Sino-German College of Intelligent Manufacturing, Shenzhen Technology University, Shenzhen, China
2
Han’s Laser Technology Industry Group Co., Ltd., Shenzhen, China
3
Shenzhen Key Laboratory of Laser Engineering, College of Physics and Optoelectronic Engineering, Shenzhen University, Shenzhen, China
4
Shenzhen Key Laboratory of Ultraintense Laser and Advanced Material Technology, College of Engineering Physics, Shenzhen Technology University, Shenzhen, China
We present an effective approach to realize a highly efficient, high-power and chirped pulse amplification-free ultrafast ytterbium-doped yttrium aluminum garnet thin-disk regenerative amplifier pumped by a zero-phonon line 969 nm laser diode. The amplifier delivers an output power exceeding 154 W at a pulse repetition rate of 1 MHz with custom-designed 48 pump passes. The exceptional thermal management on the thin disk through high-quality bonding, efficient heat dissipation and a fully locked spectrum collectively contributes to achieving a remarkable optical-to-optical efficiency of 61% and a near-diffraction-limit beam quality with an
M
2
factor of 1.06. To the best of our knowledge, this represents the highest conversion efficiency reported in ultrafast thin-disk regenerative amplifiers. Furthermore, the amplifier operates at room temperature and exhibits exceptional stability, with root mean square stability of less than 0.33%. This study significantly represents advances in the field of laser amplification systems, particularly in terms of efficiency and average power. This advantageous combination of high efficiency and diffraction limitation positions the thin-disk regenerative amplifier as a promising solution for a wide range of scientific and industrial applications.
high efficiency
high power
picosecond laser
regenerative amplifier
thin-disk laser
PDF全文
Full Text
High Power Laser Science and Engineering
2024, 12(2): 02000e14
激光与激光光学
基于零声子线泵浦的高效率Yb∶YAG薄片激光器
高瑜博
1
徐思志
1
陈业旺
1
刘敏秋
1
[ ... ]
阮双琛
1,*
作者单位
摘要
1
深圳技术大学 中德智能制造学院 先进光学精密制造技术广东普通高校重点实验室,深圳 518118
2
深圳大学 物理与光电工程学院 深圳市激光工程重点实验室,深圳 518060
3
大族激光科技产业集团股份有限公司,深圳 518103
高功率激光器在工业应用领域的需求不断增长,提高光-光转化效率是降低其生产制造成本的关键途径。针对提高激光器光-光转化效率所面临的增益介质的热负荷问题,利用锁定波长的969 nm“零声子线”泵浦、自主研制的高性能Yb∶YAG薄片晶体和48冲程泵浦系统等,搭建了高效的连续Yb∶YAG薄片激光器系统,实现了最高输出功率373 W,光-光转化效率可达73.37%。其优异性能为后续开展千瓦级超快Yb∶YAG薄片激光器研究奠定了基础。
薄片激光器
多冲程泵浦
Yb∶YAG
高效率
Thin-disk laser
Multi-pass pumping
Yb∶YAG
High efficiency
PDF全文
Full Text
光子学报
2024, 53(2): 0214002
简讯
低温Yb∶YAG碟片激光器
何会军
余军
林庆典
郭晓杨
*
[ ... ]
阮双琛
作者单位
摘要
深圳技术大学工程物理学院先进材料测试技术研究中心深圳市超强激光与先进材料技术重点实验室,广东 深圳 518118
PDF全文
Full Text
中国激光
2024, 51(3): 0316001
“片上光学传感技术”专辑
飞秒激光加工微悬臂梁薄膜光纤声波传感器
郑怡雯
1
陈永璋
1,2
唐前浩
1
朱一新
1
[ ... ]
阮双琛
1,3
作者单位
摘要
1
深圳技术大学 广东省高校先进光学精密制造技术重点实验室,深圳 518118
2
深圳技术大学 新材料与新能源学院,深圳 518118
3
深圳技术大学 中德智能制造学院,深圳 518118
设计并制作了一种光纤微悬臂梁传感器,由于悬臂梁在受迫振动过程中不会产生拉伸变形,与四周固定的圆形密闭薄膜相比,会产生更高的声波灵敏度。采用飞秒激光加工制作微悬臂梁薄膜光纤声波传感器,制备出长宽均为500 μm,厚6 μm的微悬臂梁结构。通过实验得到其反射光谱对比度为8.8 dB,自由光谱范围为7.72 nm,理论计算得光纤法布里-珀罗腔长为155.6 μm。研究结果表明,该光纤声波传感器在2 200 Hz处出现明显的共振峰,对应的声压灵敏度为414 mV/Pa,在300 Hz时有最大的灵敏度675 mV/Pa,与普通硅橡胶薄膜声波传感器相比灵敏度显著提高。理论计算硅橡胶微悬臂梁光纤声波传感器的一阶共振频率为198 Hz,与实验测得的共振频率较为接近。同时悬臂梁传感器的声压灵敏度可达675 mV/Pa,声压响应线性度为0.994。
光纤声波传感器
微悬臂梁
飞秒激光微加工
声压灵敏度
法布里-珀罗干涉仪
Fiber optic acoustic sensor
Micro-cantilever beam
Femtosecond laser micromachining
Sound pressure sensitivity
Fabry-Perot interferometer
PDF全文
Full Text
光子学报
2023, 52(10): 1052419
激光与激光光学
重频可调高功率绿光皮秒激光器
徐思志
1
夏瀛
1
高瑜博
1,2
刘星
1,2,*
[ ... ]
阮双琛
1,2,*
作者单位
摘要
1
深圳技术大学 先进光学精密制造技术广东普通高校重点实验室,深圳 518118
2
深圳技术大学 中德智能制造学院,深圳 518118
3
大族激光科技产业集团股份有限公司,深圳 518103
4
深圳大学 物理与光电工程学院 深圳市激光工程重点实验室,深圳 518060
采用多级串联的主振荡放大技术,将SESAM锁模的种子光通过多级串联端泵Nd∶YVO
4
晶体放大,产生平均功率为148.7 W、重复频率500 kHz~4 MHz、脉冲宽度8 ps的1 064 nm基频光,同时开展了LBO晶体高效率二倍频的研究。通过优化相位匹配,实现了平均功率为95 W的532 nm皮秒激光输出,光-光转换效率达65%,光束质量因子
M
X
2
=1.27/
M
Y
2
=1.42,6 h功率抖动均方根低于0.8%。该绿光皮秒激光系统具有平均功率高、转换效率高、光束质量好、稳定性高、重频可调等优点,可以被作为皮秒激光加工系统的光源,被应用于科学研究和工业加工领域。
绿光皮秒
皮秒激光器
二次谐波产生
固体放大器
LBO晶体
Picosecond green laser
Picosecond laser
Second-harmonic generation
Solid-state laser amplifier
LBO crystal
PDF全文
Full Text
光子学报
2023, 52(9): 0914002
Research Articles
High-power mid-infrared femtosecond master oscillator power amplifier Er:ZBLAN fiber laser system
Linpeng Yu
1
Jinhui Liang
1
Qinghui Zeng
1
Jiacheng Wang
1
[ ... ]
Shuangchen Ruan
1,2
Author Affiliations
Abstract
1
Shenzhen Key Laboratory of Laser Engineering, Guangdong Provincial Key Laboratory of Micro/Nano Optomechatronics Engineering, Key Laboratory of Optoelectronic Devices and Systems of Ministry of Education and Guangdong Province, State Key Laboratory of Radio Frequency Heterogeneous Integration, College of Physics and Optoelectronic Engineering, Shenzhen University, Shenzhen, China
2
Key Laboratory of Advanced Optical Precision Manufacturing Technology of Guangdong Higher Education Institutes, Shenzhen Technology University, Shenzhen, China
3
Han’s Laser Technology Industry Group Co., Ltd., Shenzhen, China
High-power femtosecond mid-infrared (MIR) lasers are of vast importance to both fundamental research and applications. We report a high-power femtosecond master oscillator power amplifier laser system consisting of a single-mode Er:ZBLAN fiber mode-locked oscillator and pre-amplifier followed by a large-mode-area Er:ZBLAN fiber main amplifier. The main amplifier is actively cooled and bidirectionally pumped at 976 nm, generating a slope efficiency of 26.9%. Pulses of 8.12 W, 148 fs at 2.8 μm with a repetition rate of 69.65 MHz are achieved. To the best of our knowledge, this is the highest average power ever achieved from a femtosecond MIR laser source. Such a compact ultrafast laser system is promising for a wide range of applications, such as medical surgery and material processing.
femtosecond fiber laser
fluoride fiber amplifier
master oscillator power amplifier
mid-infrared
PDF全文
Full Text
High Power Laser Science and Engineering
2023, 11(4): 04000e53
Lasers, Optical Amplifiers, and Laser Optics
Improvement of bandwidth in a 100 kHz swept laser source with phase controllable signal driving
Zhiwei Yang
1,2
Xu Wu
2,*
Jihong Pei
1
Shuangchen Ruan
1,2,**
Author Affiliations
Abstract
1
College of Electronic Information Engineering, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China
2
Key Laboratory of Advanced Optical Precision Manufacturing Technology of Guangdong Higher Education Institutes, Shenzhen Technology University, Shenzhen 518118, China
Swept source optical coherence tomography (SS-OCT) is a new noninvasive technique for assessing tissue. Although it has advantages, such as being label-free, noninvasive, and with high resolution, it also has drawbacks: there has been no in-depth research into identifying the driving of swept source. Based on preliminary research, we demonstrate a novel driving modulation method of a fiber Fabry–Perot tunable filter ranging phase adjustable as a tool for making bandwidth compensation of a swept laser source. This novel method is analyzed in detail; a swept laser source with a sweep rate of 100.5 kHz over a range of 152.25 nm and at a center wavelength of 1335.45 nm is demonstrated.
swept laser source
optical design techniques
ring lasers
laser applications
PDF全文
Full Text
Chinese Optics Letters
2023, 21(1): 011407
简讯
国产啁啾光纤光栅应用于高功率飞秒激光系统
下载:689次
林庆典
1
宋冬冬
2
余军
1
张哲
1
[ ... ]
阮双琛
1
作者单位
摘要
1
深圳技术大学工程物理学院,先进材料测试技术研究中心,深圳市超强激光与先进材料技术重点实验室,广东 深圳 518118
2
中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室,陕西 西安 710119
PDF全文
Full Text
中国激光
2022, 49(24): 2416001
Lasers and Laser Optics
Generation of single solitons tunable from 3 to 3.8
μ
m in cascaded Er
3+
-doped and Dy
3+
-doped fluoride fiber amplifiers
Linpeng Yu
1†
Jinhui Liang
1†
Shiting Huang
1
Jinzhang Wang
1
[ ... ]
Shuangchen Ruan
1,2,4
Author Affiliations
Abstract
1
Shenzhen Key Laboratory of Laser Engineering, Guangdong Provincial Key Laboratory of Micro/Nano Optomechatronics Engineering, Key Laboratory of Optoelectronic Devices and Systems of Ministry of Education and Guangdong Province, College of Physics and Optoelectronic Engineering, Shenzhen Universityhttps://ror.org/01vy4gh70, Shenzhen 518060, China
2
Key Laboratory of Advanced Optical Precision Manufacturing Technology of Guangdong Higher Education Institutes, Shenzhen Technology University, Shenzhen 518118, China
3
Han’s Laser Technology Industry Group Co., Ltd., Shenzhen 518057, China
4
e-mail: scruan@sztu.edu.cn
High-power tunable femtosecond mid-infrared (MIR) pulses are of great interest for many scientific and industrial applications. Here we demonstrate a compact fluoride-fiber-based system that generates single solitons tunable from 3 to 3.8 μm. The system is composed of an Er:ZBLAN fiber oscillator and amplifier followed by a fusion-spliced Dy:ZBLAN fiber amplifier. The Er:ZBLAN fiber amplifier acts as a power booster as well as a frequency shifter to generate Raman solitons up to 3 μm. The Dy:ZBLAN fiber amplifier transfers the energy from the residual 2.8 μm radiation into the Raman solitons using an in-band pumping scheme, and further extends the wavelength up to 3.8 μm. Common residual pump radiation and secondary solitons accompanying the soliton self-frequency shift (SSFS) are recycled to amplify Raman solitons, consequently displaying a higher output power and pulse energy, a wider shifting range, and an excellent spectral purity. Stable 252 fs pulses at 3.8 μm with a record average power of 1.6 W and a pulse energy of 23 nJ are generated. This work provides an effective way to develop high-power widely tunable ultrafast single-soliton MIR laser sources, and this method can facilitate the design of other SSFS-based laser systems for single-soliton generation.
PDF全文
Full Text
Photonics Research
2022, 10(9): 2140
强激光物理与技术?研究快报
国产啁啾布拉格光纤光栅在飞秒激光系统中的应用
下载:674次
林庆典
1,2,3
陈业旺
4
余军
1,2,3
郭晓杨
1,2,3,5,*
[ ... ]
阮双琛
1,2,4,*
作者单位
摘要
1
深圳技术大学 先进材料测试技术研究中心,广东 深圳 518118
2
深圳技术大学 深圳市超强激光与先进材料技术重点实验室,广东 深圳 518118
3
深圳技术大学 工程物理学院,广东 深圳 518118
4
深圳技术大学 中德智能制造学院,广东 深圳 518118
5
工物科技(深圳)有限公司,广东 深圳 518118
利用自行研制的啁啾布拉格光纤光栅(CFBG)刻写系统完成CFBG样品制作,成功应用于光纤锁模振荡器和啁啾脉冲放大(CPA)系统中。振荡器可输出19.4 nm带宽、18 mW平均功率激光,并可压缩至143 fs,经时域展宽、功率放大、时域压缩后,脉冲宽度可至264 fs。实验结果初步证明了国产CFBG在飞秒激光系统应用的可行性。
啁啾光纤光栅
啁啾脉冲放大
光纤锁模振荡器
飞秒激光
超快激光
chirped fiber Bragg grating
chirped pulse amplification
fiber mode-locked oscillator
femtosecond laser
ultrafast laser
PDF全文
Full Text
强激光与粒子束
2022, 34(4): 041001
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