研究背景

隨著激光技術(shù)和光電子器件的飛速發(fā)展，2 μm波段激光已廣泛地應(yīng)用于中紅外光源產(chǎn)生、生物醫(yī)療、非金屬材料加工、光通信、激光雷達(dá)等領(lǐng)域，是最具前景的新興激光技術(shù)之一。目前，在全光纖化的光纖激光諧振腔中，利用鎖模技術(shù)實(shí)現(xiàn)超短脈沖輸出，具有穩(wěn)定性好、效率高、集成度高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是在1 μm和1.5 μm波段處，鎖模光纖激光器的輸出功率、脈沖寬度、脈沖能量、峰值功率等指標(biāo)已得到充分的提升，并且飛秒鎖模光纖激光已初步進(jìn)入工業(yè)實(shí)用化階段，市面上也出現(xiàn)大量的實(shí)用化鎖模光纖激光器產(chǎn)品。

相比于1 μm和1.5 μm波段，在2 μm波段處，受限于光纖器件的高工藝成本，以及單模光纖中脈沖傳輸損耗大、色散補(bǔ)償機(jī)制匱乏、鎖模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相對(duì)困難等問(wèn)題，使得鎖模光纖激光器的輸出指標(biāo)并沒(méi)有達(dá)到1 μm和1.5 μm波段的水平。特別是鎖模光纖激光器的脈沖能量和脈沖寬度，其指標(biāo)遠(yuǎn)低于其他兩個(gè)波段處的鎖模光纖激光器。因此，在全光纖激光器中實(shí)現(xiàn)2 μm波段高能量、窄脈寬、高重復(fù)頻率、高穩(wěn)定性的超短脈沖具有重要的意義。

研究亮點(diǎn)

針對(duì)上述問(wèn)題，長(zhǎng)春理工大學(xué)王天樞教授課題組系統(tǒng)地研究了全光纖諧振腔中多種2 μm高能量鎖模超短脈沖的產(chǎn)生及輸出特性優(yōu)化方法。研究人員詳細(xì)討論了商用化超高數(shù)值孔徑光纖對(duì)2 μm常規(guī)孤子脈沖、展寬脈沖和類噪聲脈沖的產(chǎn)生及優(yōu)化作用，可實(shí)現(xiàn)2 μm波段高可靠性的數(shù)百飛秒脈寬、納焦耳量級(jí)單脈沖能量超短脈沖的諧振腔直接輸出，并在此基礎(chǔ)上提出了一種腔外全光纖類啁啾脈沖放大結(jié)構(gòu)，適用于2 μm超短脈沖脈寬精確測(cè)試。

相關(guān)研究可為2 μm鎖模光纖激光的動(dòng)力學(xué)特性深入分析、智能控制、空間信息傳輸、全光高速信號(hào)處理等領(lǐng)域提供更可靠的高能量超短脈沖光源，為2 μm超快光纖激光的工業(yè)應(yīng)用提供重要的工藝參考，對(duì)進(jìn)一步推動(dòng)2 μm超快光纖激光器的工業(yè)實(shí)用化進(jìn)程具有重要意義。

圖1 2μm全光纖鎖模激光系統(tǒng)

圖2 2μm高能量展寬脈沖的產(chǎn)生及優(yōu)化

圖3 2μm百fs類噪聲脈沖的產(chǎn)生及優(yōu)化

該研究成果以“Observation and optimization of 2 μm mode-locked pulses in all-fiber net anomalous dispersion laser cavity”為題，發(fā)表在Opto-Electronic Advances2020年第11期。文章受到國(guó)家自然科學(xué)基金支助，論文第一作者為課題組青年教師馬萬(wàn)卓博士，通信作者為王天樞教授。

以該文研究?jī)?nèi)容為基礎(chǔ)，課題組已初步突破基于2 μm鎖模光纖激光的高速空間光通信及全光信號(hào)處理技術(shù)，相關(guān)研究請(qǐng)關(guān)注后續(xù)報(bào)道。

研究團(tuán)隊(duì)簡(jiǎn)介

長(zhǎng)春理工大學(xué)王天樞教授、馬萬(wàn)卓博士課題組長(zhǎng)期從事光纖激光器及空間激光傳輸特性的研究，研究團(tuán)隊(duì)包括青年教師、博碩士研究生等在內(nèi)的20余人。團(tuán)隊(duì)承擔(dān)多項(xiàng)軍委科技委，國(guó)家自然基金等國(guó)家級(jí)、省部級(jí)科研項(xiàng)目，在研項(xiàng)目10余項(xiàng)。在Optics Letters、Optics Express、IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics、IEEE Photonics Technology Letters、Applied Optics等光學(xué)重要期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文60余篇，授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利20余項(xiàng)，2018年獲吉林省技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)。

研究成果“2 μm寬帶可調(diào)諧光纖激光器”經(jīng)第三方成果評(píng)價(jià)獲得“國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，國(guó)際先進(jìn)”評(píng)價(jià)。課題組在2 μm超快光纖激光器方面針對(duì)全光纖飛秒激光產(chǎn)生及優(yōu)化，高能量、高重復(fù)頻率鎖模脈沖產(chǎn)生等方面獲得了一系列突破。在空間激光傳輸特性研究方面開展了部分相干光在湍流信道中傳輸抑制閃爍因子的研究，在此基礎(chǔ)上突破了2 μm鎖模光纖激光大氣傳輸特性研究，獲得了多項(xiàng)研究成果。