小型化、低成本和低噪声的激光器有助于实用化非经典光源的实现。掺镱光子晶体光纤锁模激光器与钛宝石激光器相比，具有系统结构简单、体积小和价格低的优点，但其噪声特性还有待深入研究。采用一套适用于测量脉冲激光器噪声的自零拍探测系统，对掺镱光子晶体光纤飞秒激光器的噪声进行了测量分析。结果表明掺镱光子晶体光纤飞秒激光器的振幅噪声显著高于其散粒噪声基准，说明该激光器的输出不是理想的相干态光场，其噪声特性有待进一步提高。

数值模拟分析了大功率光子晶体光纤(PCF)激光器的温度场和热应力场。通过引入等效热传导率对光子晶体光纤结构进行简化,建立了光子晶体光纤激光器的三维温度场模型。利用有限元方法数值模拟得到了自然对流换热时光子晶体光纤中的温度场及光纤端面的热应力场,并对强制对流换热时光子晶体光纤的冷却效果进行了数值模拟分析。结果表明,对于选取的PCF,通过采取强制对流换热措施可以承受1000 W的抽运功率而不会产生热效应损伤,如果需要通过提高抽运功率以获得更大功率的激光运转,则需要改变光纤的结构。

实验研究了一种基于大模场面积光子晶体光纤飞秒激光技术的紫外飞秒激光源。分析了群速失配下的倍频光和基频光的走离长度,并实验比较了不同长度的BBO晶体的倍频功率和效率。分别采用5 mm和0.18 mm的两块BBO晶体,在Ⅰ类相位匹配条件下,对光子晶体光纤放大器输出的脉宽为110 fs,重复频率50 MHz的1040 nm飞秒激光进行腔外二倍频(SHG)和四倍频(FHG),获得了高功率紫外飞秒激光。在20 W的平均功率抽运下,获得了8.88 W的二倍频绿光输出,转换效率为44.4%。同时获得了656 mW的四倍频260 nm紫外激光,单脉冲能量13 nJ,最高功率时二次谐波(SH)到四次谐波(FH)的转换效率为7.39%。

利用中空光子带隙光纤(HC-PBGF)对光子晶体光纤飞秒激光器输出的激光脉冲进行腔外再压缩。激光器输出的脉冲中心波长为1040 nm,脉冲宽度为475 fs,平均功率为400 mW,单脉冲能量为8 nJ。通过白光干涉法测量了中空光子带隙光纤的色散参数为-48 ps2/km,并利用截断实验得到了所用光纤的最优化长度,压缩后获得的最短脉冲宽度为108 fs,接近变换极限,传输效率为89%。由于该光纤纤芯的非线性系数较低,脉冲在其中传输无非线性效应,压缩后输出光谱保持不变。

光子晶体光纤(PCF)具有许多传统光纤难以实现的诸多优良特性, 以光子晶体光纤为增益介质的高功率光纤激光器受到了普遍关注。介绍了光子晶体光纤及由其构成的光子晶体激光器的原理, 重点介绍了双包层光子晶体光纤激光器国内外的最新研究进展。

以掺镱大模面积光子晶体光纤(PCF)飞秒激光放大器为光源组建了一套结构紧凑且运行稳定的飞秒激光微纳加工系统,中心波长为1040 nm, 重复频率50 MHz, 最大平均功率16 W, 光栅压缩后脉冲宽度85 fs。利用该套系统在硅片、金属薄膜(Cr膜、Al膜)上演示了微图案的刻划, 并与采用重复频率1 kHz的固体钛宝石飞秒激光放大器的加工结果进行对比, 发现利用新组建的加工系统进行微纳加工, 由于单脉冲能量较小且便于调节, 使得刻划微图案时边缘加工效果更容易控制, 且避免了加工过程中未加工区域受到的污染, 保护了制作衬底。显示了该套系统高重复频率和高平均功率的特性及其在改善微纳加工效果及明显提高加工效率方面的优势。