红外与激光工程
2021, 50(4): 20190565
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院超快激光研究室, 光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
2 天津凯普林激光科技有限公司, 天津 300300
飞秒激光在工业加工、精密测量、****、科学研究等领域具有广阔的应用前景。报道了基于光谱控制与色散优化的高功率、高脉冲质量飞秒啁啾脉冲放大系统。利用与压缩器色散量相匹配的色散可调啁啾布拉格光纤光栅(CFBG)作为展宽器,通过微调CFBG色散量补偿系统的残余色散使整个系统的净色散趋于零;同时引入光谱滤波等手段,保证入射到主放大器之前的脉冲光谱形状不发生畸变,避免了放大过程中脉冲质量的劣化。最终获得了重复频率为50 MHz、平均功率为24 W、脉冲宽度为198 fs的高脉冲质量飞秒激光输出。
激光器 光纤激光器 啁啾光纤布拉格光栅 飞秒激光 啁啾脉冲放大
天津大学精密仪器与光电子工程学院超快激光研究室, 光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
利用解析方法研究了父脉冲参数对合成脉冲宽度和质量的影响。研究结果表明,两个父脉冲具有相近的脉冲宽度和脉冲能量时,合成脉冲的时域质量较高。减小父脉冲时域宽度可以有效减小合成脉冲基底。为了验证这一相干脉冲合成的优化方法,在不同的非线性光纤中,对分束后的掺镱光纤飞秒激光器的输出脉冲分别进行非线性频率变换,获得了两个小于30 fs的脉冲,再将二者进行相干脉冲合成,获得了合成脉冲宽度为8 fs的少周期脉冲。
非线性光学 光纤 激光 超快激光 脉冲压缩
天津大学精密仪器与光电子工程学院超快激光研究室&光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
针对高功率光纤飞秒激光放大器,介绍了啁啾脉冲放大(CPA)技术的基本原理,讨论了该结构中关键的展宽器和压缩器的发展现状与瓶颈;介绍了典型的大模场面积光纤的结构和工作原理,简介了基于大模场面积光纤的CPA系统的发展现状;介绍了非线性放大技术,讨论了实现更窄脉冲宽度、更高脉冲质量的光纤飞秒激光放大方案;最后分析了全光纤结构、相干合束、单晶光纤增益介质以及皮秒种子源等新型技术,并总结了高功率光纤飞秒激光放大器的发展趋势。
飞秒激光 光纤放大器 啁啾脉冲放大(CPA) 非线性放大 脉冲相干合束
Author Affiliations
Abstract
Ultrafast Laser Laboratory, Key Laboratory of Opto-electronic Information Science and Technology of Ministry of Education, School of Precision Instruments and Opto-electronics Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China
We report a hybrid femtosecond laser system based on a femtosecond Yb-doped fiber laser and a Yb-doped potassium gadolinium tungstate (Yb:KGW) regenerative amplifier. To match the central wavelength of the seed source, a Yb:KGW crystal is used in the regenerative amplifier for Np polarization. We study and optimize the dynamics of nonlinear amplification to alleviate the gain narrowing effect. With optimization, the system can output 270 fs pulses with 21 μJ pulse energy at a 60 kHz repetition rate.
140.3280 Laser amplifiers 140.3615 Lasers, ytterbium Chinese Optics Letters
2019, 17(4): 041404
Author Affiliations
Abstract
Ultrafast Laser Laboratory, School of Precision Instrument and Optoelectronics Engineering, Key Laboratory of Optoelectronic Information Technology (Ministry of Education), Tianjin University, Tianjin 300072, China
We demonstrate a coherent synthesis system based on femtosecond Yb-doped fiber laser technology. The output pulse of the amplification system is divided into two replicas and seeded into photonic crystal fibers of two parallel branches for nonlinear pulse compression. Because of the different nonlinear dynamics in the photonic crystal fibers, the compressed pulses show different spectra, which can be spliced to form a broad coherent spectrum. The integrated timing jitter between the pulses of two branches is less than one tenth of an optical cycle. By coherently synthesizing pulses from these two branches, 8 fs few-cycle pulses are produced.
140.3490 Lasers, distributed-feedback 060.2420 Fibers, polarization-maintaining 060.3735 Fiber Bragg gratings Chinese Optics Letters
2019, 17(4): 041403
天津大学精密仪器与光电子工程学院超快激光研究室, 光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
采用光纤啁啾脉冲放大技术,搭建了基于负三阶色散补偿的高功率、高脉冲质量全光纤飞秒激光放大系统。利用保偏大模场双包层掺镱光纤作为增益介质,负三阶色散光纤和普通保偏单模光纤作为混合型光纤展宽器,在实现时域展宽的同时,对放大系统中的正三阶色散进行预补偿,从而获得高质量、高功率的激光脉冲输出。在实验中使用混合展宽器和1200 line·mm
-1光栅对作为压缩器,使系统的净三阶色散量趋近于零,最终获得了重复频率为111 MHz,放大后输出平均功率为8.5 W,中心波长为1035 nm,去啁啾后脉冲宽度为217 fs的高脉冲质量飞秒激光输出。
激光技术 三阶色散补偿 保偏光纤 光纤啁啾脉冲放大 光纤飞秒激光放大系统 激光与光电子学进展
2018, 55(5): 051404
天津大学精密仪器与光电子工程学院超快激光研究室, 光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
最近十几年来,随着飞秒激光技术及非线性晶体制备技术的逐渐成熟,非线性光学频率变换技术得到了飞速发展。非线性光学频率变换技术的研究旨在突破激光增益介质发射谱线的限制,使激光器输出波长拓展至传统激光器所无法直接输出的波段范围,以满足更加广泛的科研及应用需求。到目前为止,非线性频率变换技术是获得多波长和可调谐飞秒激光的最简捷有效的途径。近些年来,本研究室在研究光纤飞秒激光器的基础上,开展了基于掺Yb
3+光子晶体光纤飞秒激光系统抽运不同介质的非线性频率变换研究,主要包括:基于块状晶体的光学参量振荡(OPO)技术、基于砷化镓(GaAs)纳米线的频率上转换、基于高非线性光子晶体光纤的超连续谱及三次谐波的产生。简要介绍国内外相关研究成果,重点综述了本研究室近五年来在上述研究领域的科研成果,分别介绍了OPO技术、砷化镓(GaAs)纳米线的频率上转换和基于高非线性光子晶体光纤的超连续谱及三次谐波的产生技术的基本原理、研究进展以及前沿应用。
非线性光学 非线性光学频率变换 光子晶体光纤飞秒激光 光学参量振荡器 砷化镓纳米线 高非线性光子晶体光纤 激光与光电子学进展
2018, 55(4): 040001
1 天津大学 精密仪器与光电子工程学院 超快激光研究室, 天津 300072
2 上海无线电设备研究所, 上海 200090
研究了基于非线性偏振环形镜锁模的全保偏光纤激光器锁模机制。在非线性偏振环形镜中, 用偏振分束器取代传统的非线性放大环形镜锁模激光器中的光纤耦合器, 并辅以非互易性元件和增益光纤, 作为全保偏光纤激光器中实现稳定锁模的核心器件。构建了一台基于非线性偏振环形镜的掺铒光纤锁模激光振荡器, 实现了重复频率75 MHz, 时域脉冲宽度141 fs, 总输出功率约30 mW的稳定锁模脉冲序列输出。该激光器具有双向输出, 且通过调节腔内波片可调节输出功率。此外, 对激光器输出功率和重复频率的稳定性进行了评价, 在自由运转情况下, 1 h内输出脉冲序列的平均功率波动小于0.05%, 重复频率的1 s相对稳定度为2.0×10-8。该结构的全保偏光纤激光器可开机自启动锁模, 且环境稳定性高、重复频率较高、脉冲宽度窄, 能满足激光测距、激光加工、激光光谱成像、航天等应用对超短脉冲光源的需求。
非线性偏振环形镜 全保偏 锁模光纤激光器 自启动 nonlinear polarization loop mirror all-polarization-maintaining mode-locked fiber laser self-starting 红外与激光工程
2018, 47(8): 0803006
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院超快激光研究室, 光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
2 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室, 上海 201800
在基于钛宝石啁啾脉冲放大(CPA)技术获得拍瓦级输出的激光装置中, 光谱发射截面的不同和饱和放大的影响会使放大光谱产生增益窄化和光谱红移。光谱红移效应普遍存在于激光放大过程中, 尤其在高能量饱和放大时更加严重。基于中国科学院上海光学精密机械研究所5.0 PW激光装置的实验结果, 针对Apollon-10 PW激光装置的光谱控制, 在理论上提出一种基于光-光同步放大的光谱整形技术, 用以抑制高能量放大过程中的光谱红移。该技术基于传统的放大模型, 通过在功放级引入短脉冲抽运, 利用抽运光和啁啾种子光同步放大的方式抑制了光谱的红移。该技术无需引入任何其他光学器件, 也不会引入附加损耗, 操作简单。数值模拟结果表明, 利用该技术可以有效地对放大的光谱进行整形, 抑制了光谱红移效应。
激光光学 超强超快激光 啁啾脉冲放大 钛宝石晶体 光谱整形 中国激光
2017, 44(12): 1201001
