Author Affiliations
Abstract
1 College of Advanced Interdisciplinary Studies, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
2 School of Information and Communications, National University of Defense Technology, Wuhan 430035, China
3 Nanhu Laser Laboratory, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
4 Hunan Provincial Key Laboratory of High Energy Laser Technology, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
High-power ultrafast laser amplification based on a non-polarization maintaining fiber chirped pulse amplifier is demonstrated. The active polarization control technology based on the root-mean-square propagation (RMS-prop) algorithm is employed to guarantee a linearly polarized output from the system. A maximum output power of 402.3 W at a repetition rate of 80 MHz is realized with a polarization extinction ratio (PER) of > 11.4 dB. In addition, the reliable operation of the system is verified by examining the stability and noise properties of the amplified laser. The M2 factor of the laser beam at the highest output power is measured to be less than 1.15, indicating a diffraction-limited beam quality. Finally, the amplified laser pulse is temporally compressed to 755 fs with a highest average power of 273.8 W. This is the first time, to the best of our knowledge, that the active polarization control technology was introduced into the high-power ultrafast fiber amplifier.
active polarization control root-mean-square propagation algorithm linearly polarized laser chirped pulse amplification femtosecond laser fiber laser Chinese Optics Letters
2024, 22(4): 041403
1 中国科学院空天信息创新研究院，北京 100094
2 云南大学物理与天文学院，云南 昆明 650216
3 中国科学院云南天文台，云南 昆明 650216
4 中国科学院大学光电学院，北京 100049
5 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京 100191
开发了由高重复频率（3 kHz）高能量（3 mJ）钛蓝宝石激光器驱动的极紫外和软X射线高次谐波激光光源。该光源系统在30 nm（光子能量为~45 eV）波长附近实现了大于120 μW的平均功率，在13.46 nm波长（光子能量为~92 eV）处实现了1.9 μW的平均功率，其中在13.46 nm波长处带宽为0.124 nm的单个谐波实现了0.32 μW的平均功率。此外，在该系统中，激光功率连续12 h的不稳定性均方根小于5%，连续8 h光束指向均方根小于10 µrad。该系统在生物成像、干涉光刻和芯片检测等领域中具有重要应用。
激光器 高次谐波 极紫外激光 13.5 nm光源 软X射线 飞秒激光
1 华中科技大学光学与电子信息学院，湖北 武汉 430074
2 华中科技大学物理学院，湖北 武汉 430074
3 华中科技大学武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430074
4 湖北光谷实验室，湖北 武汉 430074
超短超强激光脉冲驱动的高次谐波是一种极紫外到软X射线波段的光源，具有指向性好、时空相干性高、亮度高等优点。高次谐波不但是在阿秒时间尺度上研究电子动力学的基础，而且其各类技术优点也使之成为一种有效的桌面型极紫外相干光源，在集成电路制造在线检测、材料科学、生物医药等领域中具有广泛应用。然而，受限于传统钛蓝宝石固体飞秒激光的平均功率和高次谐波传播过程中的转换效率，目前高次谐波极紫外光源的平均功率亟待提高。介绍了高重复频率、高平均功率高次谐波极紫外光源的产生方式及其应用。首先介绍了光纤、固体、啁啾光学参量放大器等新型高重复频率、高平均功率飞秒激光驱动源在高次谐波产生方面的研究进展，之后讨论了激光高次谐波在弱电离气体介质中的宏观传播效应和相位匹配条件。在此基础上，介绍了高平均功率高次谐波极紫外光源在成像检测方面的应用。
非线性光学 高次谐波 极紫外光源 飞秒激光器 极紫外成像检测
1 中国科学院理化技术研究所有机纳米光子学实验室，北京 100190
2 中国科学院大学，北京 100049
三维（3D）无机微纳结构在光子学、量子信息、航空航天、能源等领域发挥着重要作用。利用传统制备方法获得的无机微结构通常分辨率较低和形貌不可控。因此，3D无机微纳结构的精确可控制备成为亟待解决的难题。激光加工具有高精度、形貌可控等优势，能够实现真3D、高分辨、多尺度复杂3D微纳结构的制备，解决3D无机微纳结构的精确可控制备难题。本文综述了激光加工制备无机微纳结构的研究进展，首先讨论了连续激光和超快脉冲激光加工方式，重点针对飞秒激光加工技术，阐述了基于纯无机材料体系、有机-无机杂化体系，以及聚合物模板法等制备3D无机微纳结构的方法。随后，总结了近年来激光加工3D无机微纳结构在光学器件、量子芯片、信息存储与防伪、航空航天以及仿生结构等领域的应用。最后，展望了激光加工3D无机微纳结构的未来发展趋势。
三维无机微纳结构 激光加工 飞秒激光 光与物质相互作用 微型器件 激光与光电子学进展
2024, 61(19): 1900001
吉林大学电子科学与工程学院，吉林 长春 130012
飞秒激光直写光波导是实现三维光子集成芯片（PIC）的重要技术手段。PIC集成度的提升受弯曲波导曲率半径的限制。为了实现大曲率低损耗弯曲波导的飞秒激光直写，提出多次激光修饰增强波导芯层与包层折射率对比度的方法来优化芯层的横截面折射率分布。在20 mm曲率半径下，实现S型弯曲波导低至0.64 dB/cm的弯曲损耗。该方法在降低弯曲波导损耗方面拥有巨大潜力，对于提升PIC的集成度具有重要意义。
光学制造 光波导 飞秒激光直写 大曲率 弯曲损耗 截面控制 中国激光
2024, 51(16): 1602403
Author Affiliations
Abstract
1 College of Electronic and Optical Engineering & College of Flexible Electronics (Future Technology), Nanjing University of Posts and Telecommunications, Nanjing 210023, China
2 National Laboratory of Solid State Microstructures, College of Engineering and Applied Sciences, Nanjing University, Nanjing 210093, China
3 State Key Laboratory of Millimeter Waves, Southeast University, Nanjing 210096, China
This study investigated direct fluorescence generation from a nematic liquid crystal (NLC) NJU-LDn-4 under femtosecond laser excitation. The absorption, transmittance, excitation, and emission spectra of the NLC were assessed. The relationship between the femtosecond pump power and fluorescence intensity was analyzed, revealing a quadratic increase and indicating that two-photon absorption (2PA) is the primary fluorescence mechanism. The LC microstructure was designed using photoalignment technology, allowing the generated fluorescence to reflect the corresponding structure. This research can establish a foundation for tunable LC microstructured fluorescence, with potential applications in fluorescence microscopy and optoelectronics.
liquid crystal femtosecond laser fluorescence microstructure Chinese Optics Letters
2024, 22(3): 033801
Author Affiliations
Abstract
1 Laboratory of Infrared Materials and Devices, Research Institute of Advanced Technologies, Ningbo University, Ningbo 315211, China
2 Zhejiang Key Laboratory of Photoelectric Materials and Devices, Ningbo University, Ningbo 315211, China
3 Ningbo Institute of Oceanography, Ningbo 315832, China
4 Department of Quantum Science and Technology, Research School of Physics, Australian National University, Canberra, ACT 2601, Australia
The design of nonlinear photonic Vogel’s spiral based on quasi-crystal theory was demonstrated. Two main parameters of Vogel’s spiral were arranged to obtain multi-reciprocal circles. Typical structure was fabricated by the near-infrared femtosecond laser poling technique, forming a nonlinear photonic structure, and multiple ring-like nonlinear Raman–Nath second-harmonic generation processes were realized and analyzed in detail. The structure for the cascaded third-harmonic generation process was predicted. The results could help deepen the understanding of Vogel’s spiral and quasi-crystal and pave the way for the combination of quasi-crystal theory with more aperiodic structures.
nonlinear photonic quasi-crystal second-harmonic generation Vogel’s spiral nonlinear Raman–Nath diffraction femtosecond laser poling Chinese Optics Letters
2024, 22(3): 031902
北京理工大学 爆炸科学与技术国家重点实验室，北京 100081
由于炸药具有热传导系数小、对温度极其敏感的特点，在使用多脉冲飞秒激光对其进行持续加工时，极有可能在炸药内形成热累积，从而导致点火、燃烧等危险事件的发生。为了降低激光加工材料过程中的热效应，人们普遍采取在材料加工表面施加气流的方法。为了研究加载气流条件下，炸药装药在飞秒激光作用下产生的烧蚀产物的运动规律以及炸药装药内部的温度变化，建立了加载气流条件下飞秒激光加工炸药装药过程的二维流固耦合计算模型，对在单侧、双侧不同入射角度的亚音速气流作用下，飞秒激光加工奥克托今（HMX）炸药装药的过程进行了数值模拟计算。计算结果表明：单侧气流会在炸药加工表面形成漩涡流，导致烧蚀气体产物在炸药表面做旋转运动，加重了烧蚀产物对炸药的热影响；双侧气流会在远离炸药加工表面的地方形成较大的漩涡流，从而使烧蚀气体产物迅速离开炸药加工表面，有效降低了炸药的温度，提高了飞秒激光加工炸药装药过程的安全性。
飞秒激光 炸药 数值模拟 气流 热安全性 femtosecond laser explosive numerical simulation airflow thermal safety 强激光与粒子束
2024, 36(1): 011003
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 中国计量科学研究院时间频率计量研究所，北京 100029
3 国家市场监管重点实验室（时间频率与重力计量基准），北京 100029
4 吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点实验室，吉林 长春 130012
中红外飞秒光学频率梳在天文学、药物检测、生物化学、大气检测和材料科学等领域中有着广阔的应用前景。报道了一个高功率中红外飞秒光学频率梳系统，该系统主要由掺铒光纤飞秒光学频率梳、超连续谱产生装置、双包层掺铥光纤放大器和基于透射式衍射光栅对的压缩器四部分构成。掺铒光纤光学频率梳输出平均功率为350 mW、中心波长为1565 nm、重复频率为198 MHz、脉冲宽度为55 fs的飞秒激光，并将其注入到一段正色散高非线性光纤中，产生1100~2200 nm超连续光谱。超连续光通过由掺铥光纤构成的自泵浦放大器，产生中心波长为1925 nm、平均功率为50 mW的飞秒脉冲。将此脉冲作为双包层掺铥光纤放大器的种子源，功率被放大到36.07 W，压缩后得到平均功率为22.72 W、脉冲宽度为240 fs的飞秒激光脉冲输出。
非线性光学 光学频率梳 飞秒激光 啁啾脉冲放大 中红外波段
1 吉林大学白求恩第一医院核医学科，吉林 长春 130021
2 空军航空大学航空基础学院，吉林 长春 130022
3 空军航空大学作战勤务学院，吉林 长春 130022
4 吉林大学原子与分子物理研究所，吉林 长春 130012
针对飞秒脉冲激光诱导击穿光谱（fs-LIBS）中Al靶温度对AlO分子光谱的影响进行了实验研究。通过测量AlO分子的光谱强度和振动温度，发现Al靶温度对fs-LIBS技术中AlO分子的光谱特性有显著的影响。研究结果表明，提高靶材温度能有效增强fs-LIBS中AlO分子的光谱信号强度，并提高分子的振动温度和寿命。此外，时间分辨光谱分析结果还揭示出在高Al靶温度条件下，AlO分子的辐射寿命较长，光谱信号强度较强。这意味着在高温下，分子能够停留更长的时间，增加了光谱信号的持续时间。通过调控飞秒激光能量和靶材温度，可以获得更强的分子发射和光谱信号，从而实现更高的灵敏度和准确性。研究结果为fs-LIBS技术中样品温度对分子光谱的调控机制研究提供了实验数据。
光谱学 激光诱导击穿光谱 飞秒激光 分子光谱 样品温度 AlO
