1 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，西安 710119
2 西安交通大学 电子科学与工程学院 陕西省信息光子技术重点实验室，西安 710049
3 中国科学院大学，北京 100049
4 江苏师范大学 物理与电子工程学院 江苏省先进激光材料与器件重点实验室，江苏 徐州 221116
单晶光纤具有细长的晶体结构以及对泵浦光的波导传输特性，使其兼具晶体以及光纤的激光放大介质优点，其细长的晶体结构可以有效地进行散热，保证了在高功率运转下依然可以保证高光束质量，与传统的晶体棒相比，对泵浦光的波导特性使其具有更大的能量提取效率和放大增益，简单的行波放大结构使得系统易于集成。单晶光纤作为放大增益介质已广泛应用于高功率高能量超短脉冲激光放大技术中，并在科研、工业加工等领域具有重要的应用前景。本文重点介绍了单晶光纤的结构和制备方法，以及近年来1 μm波段基于单晶光纤的超短脉冲放大技术研究的主要方法及结果，包括本课题组取得的主要进展，探讨和展望了单晶光纤放大技术的前景和发展方向。
单晶光纤 超短脉冲 大能量 高功率 啁啾脉冲放大 Singel crystal fiber Ultrashort pulse High energy High power Chirped pulse amplification
1 江苏师范大学物理与电子工程学院江苏省先进激光材料与器件重点实验室，江苏 徐州 221116
2 江苏中红外激光应用技术产业研究院，江苏 徐州 221116
3 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
1 μm波段超快激光器在材料表面改性、材料微加工等有着广泛的应用前景。激光振荡和放大技术能增强谐振腔的模式选择能力，激光增益和补偿器件可以提高激光峰值功率，进一步减小输出激光的脉冲宽度。主要概述了1 μm波段周期量级的超快激光振荡器（纯被动锁模、孤子锁模、克尔透镜锁模）、超快激光放大器（啁啾脉冲放大、脉冲整形、非线性压缩技术），以及1 μm超快激光器的调控器件与系统（激光增益介质、色散调控器件、高阶横模产生以及超快激光智能化控制）的最新研究进展。最后展望了1 μm周期量级超快激光器的发展前景和趋势。
激光器 超快激光振荡器 1 μm周期量级脉冲 脉冲放大 脉冲整形 激光与光电子学进展
2022, 59(11): 1100003
江苏师范大学物理与电子工程学院，江苏 徐州 221116
Tm3＋离子3F4能级的粒子数捕获效应是影响2.3 μm掺铥激光器高效运转的重要因素。报道了基态吸收(GSA，3H6→3H4)和激发态吸收(ESA，3F4→3H4)双波长泵浦2.3 μm波段Tm∶YAP激光器。使用785 nm(GSA)和1470 nm(ESA)双波长泵浦方案能够精准减少3F4能级的粒子数，有效增加3H4能级粒子数布居。在双波长泵浦沿a轴切割的Tm∶YAP晶体中，使用透过率T＝1.5%的输出镜，2274 nm和2383 nm双波长激光最大输出功率为2.28 W，相比于单波长泵浦方案提高了65.2%。使用T＝2.8%输出镜，2383 nm激光的最大输出功率为942 mW，较单波长泵浦方案提高了84.3%。通过采用特殊镀膜的输出镜，进一步实现了2446 nm激光运转，最大输出功率为1.62 W，较单波长泵浦下的激光输出功率提高了48.6%。实验结果表明，GSA和ESA双波长泵浦方案为实现2.3 μm掺铥激光器获得更高的输出功率提供了一种有效技术手段。
1 江苏师范大学江苏省先进激光技术与新兴产业协同创新中心，江苏 徐州 221116
2 江苏师范大学江苏省先进激光材料与器件重点实验室，江苏 徐州 221116
3 江苏中红外激光应用技术产业研究院，江苏 徐州 221000
3 μm激光在**安全、生物医疗、光谱分析等领域具有广阔的应用前景。与非线性频率变换、半导体激光技术相比，利用掺Er的激光增益介质产生3 μm激光是一种比较直接、高效的方法。随着3 μm掺Er激光器在输出功率和效率方面的突破，半导体激光泵浦的3 μm掺铒固体激光已成为热点研究方向。回顾了不同基质材料掺杂Er离子产生3 μm激光的输出特性和研究进展；从铒离子能级结构出发，分析了铒离子间的能量传递上转换、激发态吸收等跃迁过程对3 μm激光输出性能的影响，并对3 μm稀土离子掺杂固体激光器的功率提升潜力和发展前景进行了展望。
Author Affiliations
Abstract
School of Physics and Electronic Engineering, Jiangsu Normal University, Xuzhou 221116, China
The population trapping effect of the level is an important factor limiting the power scaling of the 2.3 μm thulium (Tm) laser on the transition. In this Letter, we demonstrate a novel scheme of ground state absorption (GSA) () and excited state absorption (ESA) () dual-wavelength pumped 2.3 μm Tm lasers. Introducing an ESA pumping process can accurately excite the ions accumulated in the level to the level, constructing a double populating mechanism for the upper laser level . A proof-of-principle experimental demonstration of the GSA (785 nm) and ESA (1470 nm) dual-wavelength pumped 2.3 μm (Tm:YLF) laser was realized. A maximum continuous-wave output power of 1.84 W at 2308 nm was achieved under 785 and 1470 nm dual-wavelength pumping, increased by 60% compared with the case of 785 nm single-wavelength pumping under the same resonator condition. Our work provides an efficient way to achieve higher output power from 2.3 μm Tm-doped lasers on the transition.
2.3 μm thulium laser 3H4→3H5 transition dual-wavelength pumping Chinese Optics Letters
2021, 19(9): 091405
1 江苏师范大学江苏省先进激光技术与新兴产业协同创新中心, 江苏 徐州 221116
2 江苏师范大学江苏省先进激光材料与器件重点实验室, 江苏 徐州 221116
3 江苏中红外激光应用技术产业研究院, 江苏 徐州 221000
陶瓷激光器是一种以透明陶瓷材料作为增益介质的激光器。与单晶相比,透明陶瓷具有制备周期短和烧结温度低等优势,在激活离子高掺杂浓度下能保证良好的光学均匀性,且容易制备成各种大尺寸复合结构。近年在高功率和超短超强激光输出方面得到广泛应用,产生了一系列研究成果。回顾了陶瓷激光器的发展历程,总结了透明陶瓷在高功率、超短超强脉冲激光输出和特殊波长激光输出等方面的最新进展,并阐述了基于陶瓷制备优势的新型激光材料的发展趋势。
材料 陶瓷激光 倍半氧化物 复合结构 中红外激光 高功率
1 江苏师范大学物理与电子工程学院, 江苏 徐州 221116
2 江苏师范大学江苏省先进激光技术与新兴产业协同创新中心, 江苏 徐州 221116
设计出一种基于级联非线性频率变换的634,644,655 nm多波长激光器。该复合变频过程由磷酸钛氧钾(KTP)和砷酸钛氧钾(KTA)晶体共同完成。首先由沿x轴切割的KTP晶体的光参量振荡将波长为1064 nm的激光变频为1572 nm,然后基于(θ=90°,φ=20.9°)切割KTA晶体完成1064 nm与1572 nm的和频过程,获得波长为634 nm的激光输出,进一步利用前述沿x轴切割KTP晶体的拉曼变频,将634 nm激光变频为644 nm的一阶拉曼光及655 nm的二阶拉曼光,实现634,644,655 nm多波长激光同时输出。该复合变频多波长激光器的最大平均输出功率为1.7 W,相应的脉冲宽度为19.3 ns,重复频率为6 kHz。
激光器 级联非线性光学频率变换 多波长激光器 KTiOPO4晶体 KTiOAsO4晶体
Author Affiliations
Abstract
1 Jiangsu Key Laboratory of Advanced Laser Materials and Devices, School of Physic and Electronic Engineering, Jiangsu Normal University, Xuzhou 221116, China
2 School of Electrical and Electronic Engineering, Nanyang Technological University, Singapore 639798, Singapore
3 World Lab Co. Ltd, Nagoya 4560023, Japan
We experimentally demonstrate the generation of sub-100-fs pulses from a diode-pumped passively mode-locked Yb:Y3ScAl4O12 (Yb:YSAG) ceramic laser. Stable mode-locked pulses as short as 96 fs at the central wavelength of 1052 nm with a repetition rate of ～102 MHz are obtained. The laser has a maximum average output power of 51 mW. To the best of our knowledge, these are so far the shortest pulses and the first demonstration of sub-100-fs pulses obtained from the mode-locked Yb:YSAG ceramic lasers.
140.4050 Mode-locked lasers 140.7090 Ultrafast lasers 140.3380 Laser materials Chinese Optics Letters
2017, 15(12): 121403
1 江苏师范大学江苏省先进激光材料与器件重点实验室, 江苏 徐州 221116
2 复旦大学光学科学与工程系, 上海 200433
3 江苏师范大学江苏省先进激光技术与新兴产业协同创新中心, 江苏 徐州 221116
涡旋激光是指中心光强为零且携带轨道角动量的激光光束。近年来, 由于其在粒子操控、信息通信以及超分辨成像等领域的独特应用, 涡旋激光的产生及其手性控制技术得到广泛关注。对固体激光器腔内直接振荡产生涡旋激光的技术进行归纳总结, 并分析其优缺点。对驻波腔内不同手性涡旋激光的光场传输进行理论模拟, 给出涡旋激光在固体激光腔内的光场分布。结合不同手性涡旋激光的场分布特征, 综述了腔内直接振荡产生涡旋激光过程中的手性控制技术, 并对各种手性控制技术的原理与技术方案进行比较分析。
激光器 涡旋激光 轨道角动量 固体激光器 手性控制 激光与光电子学进展
2017, 54(12): 120006
1 江苏师范大学物理与电子工程学院, 江苏 徐州 221116
2 江苏省先进激光材料与器件重点实验室, 江苏 徐州 221116
3 复旦大学光科学与工程系, 上海 200433
受表面等离激元共振效应的影响, 金纳米棒饱和吸收体具有饱和吸收宽带可调、非线性响应时间快等特点, 且便于与各种激光谐振腔整合, 是一种有潜力的宽波段饱和吸收体材料。报道了一种基于金纳米棒饱和吸收体的1 μm波段被动调Q固体激光器。将金纳米棒溶液旋涂于输出镜上, 并将其作为可饱和吸收体构建到激光谐振腔中, 在LD端面抽运Nd∶YVO4激光器中实现了1064 nm被动调Q运转。在抽运功率为7.5 W时获得了平均输出功率为540 mW, 最小脉冲宽度为138 ns, 重复频率为602 kHz的脉冲激光输出。
激光器 金纳米棒 被动调Q 1 μm波段
