光子晶體光纖飛秒雷射基礎理論和關鍵技術的研究

《光子晶體光纖飛秒雷射基礎理論和關鍵技術的研究》是依託天津大學，由王清月擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：光子晶體光纖飛秒雷射基礎理論和關鍵技術的研究
• 項目類別：重點項目
• 項目負責人：王清月
• 依託單位：天津大學

項目摘要

在經歷了以染料雷射為代表的第一代飛秒雷射和以鈦寶石為代表的第二代飛秒雷射之後，以光子晶體光纖為代表的第三代飛秒雷射正在孕育之中。本項目主要研究光子晶體光纖飛秒雷射器的基礎理論和關鍵技術，以及相關光子晶體光纖的理論分析、設計和研製。包括：光子晶體光纖飛秒雷射振盪器中孤子鎖模和自相似鎖模，兩種不同物理機制和動力學過程；飛秒雷射放大器中脈衝展寬、放大、壓縮三位一體的全部光子晶體光纖化和集成化；飛秒雷射在光子晶體光纖中長距離（數十米至百米）無畸變傳輸的時域和頻域中的動力學過程；利用光子晶體光纖的多種非線性效應，實現飛秒雷射的高效頻率變換；利用理論分析和數值計算，設計和研製用於飛秒雷射振盪級、放大級、長距離傳輸、頻率變換所用的多種光子晶體光纖；研究光子晶體光纖光柵製作技術和不同類型光子晶體光纖的精確熔接技術等。

結題摘要

在經歷了以染料雷射為代表的第一代飛秒雷射和以鈦寶石為代表的第二代飛秒雷射之後，以光子晶體光纖為代表的第三代飛秒雷射具有結構簡單、集成度高、穩定性好、成本低等優點，已經開始蓬勃發展起來。本項目主要研究光子晶體光纖飛秒雷射器的基礎理論和關鍵技術，以及相關光子晶體光纖的理論分析、設計和研製。在光子晶體光纖飛秒雷射技術和光子晶體光纖拉制技術方面獲得了多項成果，達到了項目中的相關要求，同時在光子晶體光纖飛秒雷射技術的套用方面取得了多項突破性進展，超額完成了任務。 深入研究了光子晶體光纖飛秒雷射器在負色散區、零色散區、正色散區的鎖模動力學過程，實現了大模場面積光子晶體光纖鎖模雷射器的穩定孤子鎖模和耗散孤子鎖模。研究了光子晶體光纖飛秒飛秒雷射放大器中脈衝展寬、放大、壓縮的動力學過程，成功研製了全光子晶體光纖非線性飛秒雷射放大器，最高平率功率可達96 W；在低重複頻率狀態下最高單脈衝能量達到4 μJ。同時提出矢量色散補償技術和非線性脈衝整形技術，提高了放大器輸出脈衝質量。研究了飛秒雷射在中空光子帶隙光纖中傳輸的動力學過程。研究了飛秒雷射在高非線性光子晶體光纖中傳輸的非線性過程，實現了高功率超連續光譜輸出，並研製成功全光子晶體光纖的紫外相干源。 理論提出了單一種子光的物理模型，研究了多芯增益光子晶體光纖中超模選取與鎖定。設計了混合型多芯光子晶體光纖，並數值模擬了多芯光子晶體光纖鎖模雷射器的鎖模動力學過程。國際上首次實現了多芯光子晶體光纖鎖模雷射器的穩定運轉、多芯光子晶體光纖飛秒雷射放大器的穩定運轉以及多芯光子晶體光纖高功率超連續光譜同相位超模輸出。 研究了光子晶體光纖拉制技術。成功拉制出大模場面積摻鐿雙包層光子晶體光纖，得到了單偏振結構；實現了高非線性光子晶體光纖拉制過程中的精確控制；成功拉制出中空、全固和Bragg型光子帶隙光纖。 首次將高功率光子晶體光纖飛秒雷射用於多項前沿技術，在微加工、高功率太赫茲波、高功率紫外飛秒雷射源、生物光子學等方面都取得了突破性進展。研究了高平均功率飛秒雷射在生成納米顆粒、加工光波導方面的套用；利用頻率變換技術，實現了高功率紫外飛秒雷射和超快太赫茲輸出；在生物光子學方面，研究了利用飛秒雷射調控細胞間鈣信號傳導和對細胞內離子信號的調控以及對綠色螢光蛋白的影響，該工作發表在Nature Photonics。