1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家实验室；吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
为了提升激光等离子体极紫外光刻机光源中高重复频率、短脉冲CO2主振荡功率放大系统能量提取效率，需开展种子光光强截面分布与激光放大器增益分布的耦合匹配特性研究。基于欧拉-拉格朗日公式与Frantz-Nodvik方程，采用变分法求解了特定增益分布下最优种子光光强分布函数，研究了种子光半径、种子光光强分布与放大器增益分布对功率提取效率的影响。数值模拟表明：当脉冲种子光功率为500 W时，基模高斯光束的最优光束半径为0.54 cm，低功率种子光的最优光束半径与放大器增益宽度不相等；当脉冲种子光功率为2000 W时，高阶超高斯光束的最优光束半径接近增益区域半径，8阶超高斯光束对应的最佳光束半径为0.9 cm，功率提取值为3409 W，采用高阶的增益分布和与之匹配的超高斯光束能够极大提升放大器的能量提取值。该研究结果将为脉冲CO2主振荡功率放大系统的设计提供理论指导。
极紫外光源 CO2激光 脉冲放大 增益-光强匹配 变分法 激光与光电子学进展
2023, 60(23): 2314008
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室,吉林 长春 130033
2 工业和信息化部电子第五研究所，广东 广州 510000
3 火箭军装备部驻哈尔滨地区军事代表室, 黑龙江 哈尔滨 150028
4 北方自动控制技术研究所，山西 太原，030006
面向机载激光差分吸收雷达对小型轻量化激光光源的应用需求，研制了紧凑型自动调谐脉冲CO2激光器。首先，研究了射频波导腔内光束和自由空间光学斩波光束孔径匹配关系，设计了具有实焦点的腔内光束变换系统，实验验证了斩波器通光孔径对激光脉冲波形的影响。其次，研究了CO2激光器的波长调谐特性，分析了相邻激光谱线光栅衍射角度差，并基于高精度电动转台和金属闪耀光栅，实现了CO2激光器波长自动调谐输出。最后，基于小型轻量化模块设计，完成了紧凑型自动调谐脉冲CO2激光器集成。实验结果表明，该激光器在1 kHz条件下运转稳定，脉冲宽度为350 ns，峰值功率为3.7 kW，在9.2~10.7 μm范围内测试到30条激光谱线，重量为18 kg，本文研究为机载激光差分吸收雷达提供了一种小型化探测光源。
CO2激光器 机械调Q 波长自动调谐 小型化集成 CO2 laser mechanical Q-switch wavelength automatic tuning miniaturization integration
1 中国科学院上海光学精密机械研究所强激光材料重点实验室，上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
3 中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器与应用技术重点实验室，上海 201800
4 中国科学院大学杭州高等研究院，浙江 杭州 310024
近年来，窄线宽光纤激光器由于在光束合成、引力波探测等领域的重要应用价值而引起国内外研究人员们的广泛关注。然而，受激布里渊散射（SBS）与模式不稳定（TMI）严重限制了窄线宽光纤激光功率的进一步提升。目前，提升窄线宽光纤激光输出功率的方法主要集中于对光纤激光器系统层面的改进和优化。本文从光纤的材料和结构两个方向简要介绍了近年来用于窄线宽光纤激光器和放大器的掺镱石英玻璃光纤领域取得的相关研究成果，并对窄线宽光纤激光技术的未来发展趋势进行了展望。
光纤材料 掺镱石英玻璃 受激布里渊散射 模式不稳定性 激光与光电子学进展
2022, 59(15): 1516011
1 中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器与应用技术重点实验室，上海 201800
2 中国科学院上海光学精密机械研究所强激光材料重点实验室，上海 201800
3 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
中国激光
2022, 49(11): 1116001
1 中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器与应用技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
基于窄线宽线偏振光纤激光单通倍频方案获得了610 W单模绿光输出,倍频效率达到56.27%,光束质量M2为1.05。这是目前报道的基于单通倍频方案获得数百瓦级连续波绿光激光输出的最高效率,可进一步通过两路绿光偏振合束实现千瓦级高亮度绿光激光输出。
激光光学 倍频 相位匹配 绿光激光 光纤激光 中国激光
2021, 48(13): 1315002
在结构中周期性地添加谐振单元可以构造局域共振声子晶体并产生低频禁带。本文提出了一种具有谐振单元和弹性支承谐振单元的声子晶体结构，通过声子晶体理论和振动理论对该结构的禁带特性和禁带调控特性进行了计算与分析。结果表明，该结构可在0 Hz处形成禁带; 禁带内对振动的衰减强度由衰减因子和有限结构周期数共同决定; 结构中存在1条可调控禁带和3条不可调禁带; 可调控禁带可以通过改变谐振单元和弹性支承谐振单元的结构参数加以调控; 不可调禁带包括第一禁带，它们能够较为稳定地对一定频率的弹性波产生衰减作用。该结构所具有的禁带特性在管路、桥梁和汽车减振领域具有潜在应用。
声子晶体 低频禁带 复能带结构 禁带调控 谐振单元 弹性支承 phononic crystal low-frequency band gap complex band structure band gap tunable one-resonator elastic support
1 上海无线电设备研究所，上海 201109
2 中国科学院上海光学精密机械研究所 上海市全固态激光器与应用技术重点实验室，上海 201800
横模不稳定效应已经逐渐成为引起高功率光纤激光光束质量急剧恶化并限制其输出功率进一步提升的首要瓶颈问题。基于全光纤化正向泵浦的窄线宽高功率放大平台，对大模场光纤激光器中的横模不稳定效应进行了一系列的探索研究。根据耦合模方程的计算结果，所用大模场光纤25/400 μm中LP01、LP11模之间的非线性耦合强度最大，这也直接诱导了横模不稳定效应的发生。为了抑制LP11模在主放大级的产生和放大，通过弯曲限模这种可操作性强的模式滤波技术，将主放增益光纤的弯曲半径从6 cm缩小至5 cm的过程中，高功率光纤激光系统的横模不稳定阈值从1000 W量级提高到了1600 W量级，而且激光器的其他输出性能几乎没有受到影响。这为构建实际的窄线宽高功率全光纤化的激光系统提供了强有力的实验参照。
光纤激光器 横模不稳定 弯曲限模 非线性耦合系数 fiber laser transverse mode instability bending mode nonlinear coupling coefficient 红外与激光工程
2021, 50(1): 20200028
1 中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器与应用技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
3 南京先进激光技术研究院, 江苏 南京 210038
介绍了一种用于偏振控制的遗传退火算法(GASA),该算法在遗传算法(GA)的基础上,引入了模拟退火的选择机制,将蒙特卡罗思想引入到了GA中,使算法具有更加强大的搜索能力。通过建立基于GASA算法的光纤激光主动偏振控制系统的数学模型,得到了不同参量情况下的GASA算法的仿真图像,并且分析了其收敛效果。仿真结果表明,在选择输出激光的偏振消光比作为适应度函数,种群数量为90,变异概率为0.7,交叉概率为0.001,温度下降比率为0.99的情况下,系统可以达到最优的控制效果。将GASA算法和随机并行梯度下降算法的仿真图像进行对比,可以看出,GASA算法具有较好的全局搜索能力和跳出局部最优值的能力,可以将其用在光纤激光的主动偏振控制系统中。
激光器 光纤激光器 主动偏振控制 控制算法 光学学报
2020, 40(23): 2314002
1 中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器与应用技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
3 中国科学院上海光学精密机械研究所中科院强激光材料重点实验室, 上海 201800
基于掺镱光纤激光放大器理论模型,分析了光纤放大器中掺镱光纤弯曲半径对模式传输损耗的影响以及掺镱光纤长度对系统光-光转换效率的影响。结合实验中采用的掺镱光纤的特点,对掺镱光纤的弯曲半径及光纤长度进行了优化设计。基于主振荡放大结构中,种子光源的输出功率为170 W,光束质量为 M2x=1.10, M2y=1.05;放大器采用双端抽运的方式,使用自研30/600 μm掺镱光纤,最终实现了输出功率为10.14 kW,中心波长为1070.36 nm,3 dB带宽为5.32 nm的全光纤激光输出,光束质量为 M2x=3.12, M2y=3.18。放大级最大光-光转换效率为87.9%,斜率效率为89.2%,输出激光信噪比大于45 dB。
光纤光学 光纤放大器 掺镱光纤 主振荡放大 双端抽运 高效率 中国激光
2020, 47(10): 1006001
1 上海大学机电工程与自动化学院, 上海 200072
2 中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器与应用技术重点实验室, 上海 201800
激光相干偏振合成(CPBC)是获得高亮度线偏振激光输出的有效方法。基于此,提出一种光相位调制技术,将两路光相位差转变为幅度调制,进行光外差偏振相位探测和线性锁相控制,实现了两路同频率激光光束的相干偏振合成。理论上详细分析了光外差偏振相位探测的理论模型和线性锁相控制环路的数学模型,用于优化系统参数。锁相控制后,合成光束的输出功率为352.4 mW,偏振消光比高达17.67 dB,系统的控制带宽约为66.1 kHz,剩余相位噪声为1×10 -4 rad·Hz -1/2(1 Hz)和3×10 -6 rad·Hz -1/2(>100 Hz)。相比于其他CPBC的锁相方法,该方法对偏振消光比以及控制带宽都有明显的提升,有效地抑制了相位噪声。
激光光学 相干偏振光束合成 光外差探测 偏振相位控制 偏振消光比 光学学报
2020, 40(10): 1014002
