飛秒光纖激光器及其泵浦的高功率中波紅外激光光源研究.pdf

1、3-5μm的中波紅外激光因其位于大氣透明窗口，且恰好覆蓋了多種分子的特征吸收譜線，長(zhǎng)期以來(lái)一直是激光領(lǐng)域一大研究熱點(diǎn)。近年來(lái)，隨著被動(dòng)鎖模光纖激光器的飛速進(jìn)展和超短脈沖激光放大技術(shù)的日趨成熟，使用脈沖寬度更短、峰值功率更高的飛秒激光器作為非線性晶體的泵浦激光替代傳統(tǒng)的長(zhǎng)脈沖激光器完成參量轉(zhuǎn)換，開(kāi)始進(jìn)入學(xué)者和工程技術(shù)人員的視野。其中使用基于準(zhǔn)相位匹配技術(shù)(QPM)的周期性疇極化反轉(zhuǎn)氧化鎂摻雜的鈮酸鋰晶體(PPMgLN)，因有效非線性系數(shù)大

2、，輸出波長(zhǎng)調(diào)諧范圍寬，抗損傷閾值高，設(shè)計(jì)靈活等特點(diǎn)，在非線性頻率轉(zhuǎn)換中得到了廣泛關(guān)注?；诖耍菊撐闹饕獓@如何設(shè)計(jì)優(yōu)化飛秒光纖激光器及其泵浦的單程參量轉(zhuǎn)換裝置，產(chǎn)生高亮度、高轉(zhuǎn)換效率的中波紅外激光展開(kāi)。主要工作分為三個(gè)方面，作為非線性頻率轉(zhuǎn)換泵浦源的主振蕩-功率放大(MOPA)結(jié)構(gòu)的初始啁啾管理飛秒光纖激光器(PCMA)的實(shí)驗(yàn)研究、線偏振飛秒光纖激光器泵浦的基于放大自發(fā)輻射光源(ASE)的光參量放大器(OPA)的實(shí)驗(yàn)研究和自注入種子的

3、飛秒光差頻產(chǎn)生器(DFG)的實(shí)驗(yàn)研究。0在MOPA型線偏振脈沖光纖激光器研究中，首先使用了非線性偏振旋轉(zhuǎn)技術(shù)(NPR)，搭建了一個(gè)全正常色散腔的穩(wěn)定鎖模激光種子。其能輸出重復(fù)頻率84MHz，脈沖寬度3.8ps，單脈沖能量1.2nJ的近線性啁啾穩(wěn)定鎖模脈沖序列。通過(guò)偏振相關(guān)隔離器后在非保偏光纖內(nèi)的線性激光放大，激光脈沖的平均功率被提升到500mW，同時(shí)利用偏振控制器將偏振消光比優(yōu)化到10dB以上。放大后的脈沖保持了近線性啁啾特性，壓縮后的

4、脈沖寬度可以達(dá)到近143fs。在功率放大級(jí)中采用了初始啁啾管理放大技術(shù)(PCMA)，通過(guò)改變光纖激光器輸入脈沖的初始色散，在47W泵浦功率下獲得了平均功率超過(guò)20W的超短脈沖輸出，壓縮后的脈沖寬度小于100fs。此外，對(duì)高功率脈沖簇光纖激光器進(jìn)行了一定的實(shí)驗(yàn)探索。利用脈沖重復(fù)頻率倍增器將脈沖重復(fù)頻率提升到1.344GHz，通過(guò)聲光調(diào)制器選出重復(fù)頻率為2MHz的脈沖簇，并測(cè)試了不同占空比下的激光器的輸出性能。
　　本文針對(duì)單程差頻的

5、OPA/DFG，分別介紹了兩種不同種子注入的典型光參量放大器，并在閾值、最佳聚焦條件、輸出光譜寬度等關(guān)鍵參數(shù)方面進(jìn)行了相應(yīng)的數(shù)值計(jì)算;同時(shí)使用上述的飛秒光纖激光器和實(shí)驗(yàn)室自制的PPMgLN晶體，針對(duì)這兩種單程參量轉(zhuǎn)換分別進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。首先詳細(xì)介紹了一種采用非相干光源注入的飛秒OPA，其輸出在時(shí)域上保持了飛秒脈沖的高重頻、短脈寬特性，同時(shí)在頻域上繼承了種子信號(hào)光無(wú)縱模的特點(diǎn)。OPA的種子信號(hào)光由一個(gè)中心波長(zhǎng)位于1580nm，放大后的AS

6、E光源提供。受限于PPMgLN晶體的損傷閾值，當(dāng)泵浦功率為10.15W時(shí)，OPA輸出了最大600mW的中波紅外寬帶激光，相應(yīng)的泵浦到參量光總轉(zhuǎn)換效率為32.7％。其閑散光光譜帶寬約為291.9nm，中心波長(zhǎng)位于3.34μm。
　　介紹了飛秒激光在光子晶體光纖中產(chǎn)生超連續(xù)譜的實(shí)驗(yàn)。通過(guò)仿真設(shè)計(jì)，使得超連續(xù)譜的能量盡可能地落在需求的波段內(nèi)。將獲得的超連續(xù)譜作為種子信號(hào)光，在5cm長(zhǎng)度的PPMgLN晶體中通過(guò)自注入種子DFG獲得了平均功