3.5 µm中紅外超短脈衝摻鉺ZBLAN光纖雷射器關鍵技術研究

《3.5 µm中紅外超短脈衝摻鉺ZBLAN光纖雷射器關鍵技術研究》是依託北京工業大學，由劉江擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：3.5 µm中紅外超短脈衝摻鉺ZBLAN光纖雷射器關鍵技術研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：劉江
• 依託單位：北京工業大學

項目摘要

中紅外光纖雷射器在大氣探測、雷射醫療、雷射雷達以及光電對抗等領域有著重要套用，成為近年來國際前沿性研究熱點。項目申請人在石墨烯鎖模光纖雷射器、2 µm波段高功率超短脈衝摻銩光纖放大器、以及2~5 µm波段高功率中紅外超連續譜光源等領域做了大量國際領先的前沿性工作，並在ZBLAN光纖的切割、端面處理以及熱管理等方面具有良好的研究基礎。本項目申請將對3.5 µm中紅外超短脈衝摻鉺ZBLAN光纖雷射器進行系統的理論與實驗研究，力爭在國際上率先將超短脈衝光纖雷射器的工作波段擴展到3.5 µm中紅外波段。主要內容包括：研究中紅外被動鎖模摻鉺ZBLAN光纖雷射器的脈衝動力學過程；深入了解中紅外摻鉺ZBLAN光纖雷射器諧振腔內脈衝整形機理與穩態脈衝之間的關係；高損傷閾值石墨烯可飽和吸收體的研製；雙波長泵浦提高3.5 µm波段雷射轉換效率的最佳化；實現高功率高效率3.5 µm中紅外超短脈衝光纖雷射輸出。

結題摘要

中紅外光纖雷射器可廣泛套用於雷射醫療、人眼安全雷達、非金屬材料加工、光電對抗等眾多領域，具有其它波段光纖雷射器不可替代的重要作用。此外，高功率摻銩光纖雷射器也是產生2~5 µm波段高功率中紅外雷射首選的泵浦源。本項目主要對中紅外波段高功率超短脈衝摻銩光纖雷射器、寬波長調諧範圍被動鎖模摻銩光纖雷射器、高功率中紅外光纖超螢光源進行了深入研究。主要研究工作和成果包括： 利用光纖布拉格光柵作為濾波器來控制鎖模摻銩光纖雷射器的脈寬和光譜形狀，結合纖芯泵浦高摻雜雙包層光纖技術，實現了中紅外波段高穩定性、線偏振、皮秒脈衝雷射輸出。利用該線偏振、皮秒摻銩光纖雷射作為種子源，結合非線性脈衝放大技術，研製出了百瓦量級、全光纖結構、線偏振、皮秒摻銩光纖雷射器，最高平均輸出功率為240 W，偏振消光比＞15 dB，脈衝寬度為45 ps。該結果為目前國際上2 µm波段全光纖結構超短脈衝雷射器所產生的最高平均輸出功率。 實驗搭建了一種全光纖結構波長可調諧被動鎖模摻銩光纖雷射器。該光纖雷射器利用半導體可飽和吸收鏡與高雙折射率光纖環鏡實現鎖模皮秒脈衝與波長可調諧雷射輸出。高雙折射率光纖環鏡由一個2x2雷射分束器和一段高雙折射光纖組成，實驗中通過改變光纖環鏡中高雙折射光纖的溫度，從而得到了中心波長可調諧範圍15nm，從1952 nm 到1967 nm，重複頻率為29 MHz，最短脈衝寬度為6 ps的可調諧皮秒脈衝雷射輸出。 利用光纖超螢光源與傳統雷射存在的本質區別，提出了利用窄線寬光纖超螢光作為種子源來抑制光纖放大器中的SBS效應。在國際上研製出了百瓦量級、全光纖結構、窄線寬、波長可調諧摻銩光纖超螢光源，使之成為一種兼具螢光及雷射特性的新型高亮度光源。該工作為有效解決光纖放大器中的SBS效應問題指引了方向，為進一步高功率多光束光譜合束提供了新途徑。