徑向偏振、鎖模光纖雷射器研究

《徑向偏振、鎖模光纖雷射器研究》是依託中國科學院上海光學精密機械研究所，由李建郎擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：徑向偏振、鎖模光纖雷射器研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李建郎
• 依託單位：中國科學院上海光學精密機械研究所

項目摘要

徑向偏振光具有環形光強分布且其電場呈指向半徑方向的軸對稱分布。它具有緊聚焦等特性，在高分辨顯微、光刻、粒子捕獲及金屬加工領域可獲重要套用。自2006年首次實現連續輸出的徑向偏振光纖雷射器以來，利用光纖雷射器輸出高效、高功率徑向偏振光成為研究熱點，但將鎖模和徑向偏振技術同時用於光纖雷射器以產生超短徑向偏振脈衝尚屬研究空白。 本研究將首次把光纖雷射器的徑向偏振控制和鎖模技術結合起來，利用光子晶體光柵作為偏振選擇器，分別選擇光誘導沉積石墨烯和半導體可飽和吸收鏡（SESAM）作為鎖模元件，搭建徑向偏振鎖模摻鐿光纖雷射器平台並開展實驗研究，率先實現徑向偏振鎖模光纖雷射器振盪，獲得皮（飛）秒徑向偏振脈衝輸出。同時通過對雷射器參量（光柵鏡反射率、增益光纖長度和濃度、石墨烯或SESAM 調製深度等）的最佳化，理論和實驗探討增益光纖中偏振色散、自相位調製和模間耦合對對徑向偏振鎖模脈衝的影響。

結題摘要

理論工作: 結合光纖的模式理論，根據速率方程對雙包層光纖雷射器進行了數值模擬，獲得了小信號增益分布和雷射器輸出特性。分析了利用c切單軸晶體作為選模元件實現徑向光選模的條件。建立了鎖模、徑向偏振光纖雷射器理論模型，分析了增益光纖長度、輸出鏡透過率對輸出雷射束的偏振態的影響，以及不同SESAM參數（調製深度、弛豫時間、飽和強度等）、雷射器腔結構（直線型腔和摺疊型腔）及腔長等參數對形成調Q、調Q鎖模、連續鎖模脈衝的影響。 實驗工作: a) 高功率連續切向偏振光纖雷射器實驗研究。提出了採用低成本，無波長敏感性的單軸晶體和單透鏡成像系統組合的偏振選模機制，成功實現了連續輸出的高效、高功率、切向偏振摻鐿光纖雷射器。雷射器輸出功率達3.94 W，斜效率約為71%，實驗結果證明了偏振選模機制的有效性，獲得了高光束質量和高功率效率的矢量光輸出。 b) 基於Cr4+:YAG可飽和吸收體的高功率被動調Q切向偏振光纖雷射器實驗研究。基於上述偏振選模機制，採用Cr4+:YAG可飽和吸收體，實現了高效、高功率的切向偏振被動調Q摻鐿光纖雷射器脈衝輸出。該研究將匯聚光束直接作用於單面鍍膜的Cr4+:YAG晶體，使得該晶體在被飽和的同時起到輸出耦合鏡的作用，簡化了雷射器結構並降低了成本。 c) 基於SESAM高功率被動調Q徑向偏振光纖雷射器研究。基於上述偏振選模機制，分別採用線型腔和摺疊腔結構，實現了基於SESAM器件的被動調Q、徑向偏振的摻鐿光纖雷射器雷射器。線型腔光纖雷射器調Q脈衝功率達到3.6W，斜效率為68.7%。摺疊腔光纖雷射器的脈衝功率為637 mW，斜效率為14.1%，雷射脈寬為300 ns，重複率為454.5 kHz。 d) 徑向偏振、調Q鎖模光纖雷射器研究。基於上述偏振選模機制，開展了基於SESAM器件的被動調Q鎖模、徑向偏振的摻鐿光纖雷射器實驗研究，獲得了平均功率為202mW, 重頻為66.67 MHz，脈寬為401 ps的徑向偏振鎖模脈衝。 以上研究結果達到了本項目的研究預期。