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。

A strongly pumped Yb-doped large-mode-area photonic crystal fiber (LMA-PCF) laser is analyzed. The lasing characteristics of an improved Fabry-Perot (F-P) cavity fiber laser using LMA-PCF are studied theoretically based on a rate equation model and the exact numerical solution of the rate equations is in excellent agreement with the experimental result.

光子晶体光纤(PCF)与普通光纤相比有着优秀的单模特性、色散特性和非线性特性.简述了光子晶体光纤的基本结构及其优点,并分析了利用光子晶体光纤制作光子晶体光纤激光器及大功率光纤激光器方面的研究进展.

采用多模大功率半导体激光器泵浦掺镱双包层大模面积光子晶体光纤,应用5 m长光子晶体光纤,在泵浦功率为22 W的条件下,获得了1.03 μm,功率为65 mW的单横模激光输出,同时实验研究了输出功率与泵浦功率的关系,并观察到掺Yb3+光子晶体光纤侧面有绿色荧光出现.