大模场光子晶体光纤全正色散自相似锁模激光器的实验研究

"该文研究了一种基于大模场面积光子晶体光纤的全正色散自相似锁模激光器，采用1.9米长的掺镱双包层光纤作为增益介质，激光器设计中没有引入色散图，工作在全正色散区域。通过环形腔结构、非线性偏振旋转锁模和高斯滤波器实现了稳定的自相似锁模运行，实验结果得到5瓦的平均输出功率，72 MHz的重复频率，单脉冲能量69 nJ，初始脉冲宽度1.699 ps，经过光栅压缩后脉宽减小至84 fs，具有良好的自启动锁模能力和光束质量因子M²为1.41。" 本文深入探讨了一种新型的全正色散自相似锁模激光器，其核心在于大模场面积光子晶体光纤的应用。光子晶体光纤是一种特殊类型的光纤，其内部结构由周期性变化的折射率形成，允许光在更大面积的模式内传播，从而提高了功率处理能力。这种光纤材料被用于激光器中，能够显著增强非线性效应，对于实现高功率激光操作至关重要。 激光器设计中，采用1.9米长的掺镱双包层光纤作为增益介质，其中镱离子提供增益，使得激光器能够在近红外波段高效工作。值得注意的是，该激光器并未引入色散图，意味着它在整个工作频谱范围内保持正色散，这在传统的光纤激光器设计中是不常见的。全正色散条件下的激光器运作，有助于产生更稳定的脉冲，尤其是在自相似锁模模式下。 自相似锁模是一种特殊的锁模机制，通过非线性过程使激光脉冲在腔内自我调整，保持其形状不变，即使经过长光纤传输，也能保持脉冲的相似性。在这个系统中，激光器采用环形腔结构，结合非线性偏振旋转效应，进一步增强了自相似锁模的稳定性。同时，一个窄带高斯滤波器被用来选择和稳定激光脉冲的频率成分，确保了锁模的稳定运行。 实验结果显示，激光器能产生5瓦的平均输出功率，这在光纤激光器领域是相当高的。72 MHz的重复频率表明了高速脉冲的产生能力，而单脉冲能量超过69 nJ，意味着每个脉冲的能量密度较高。初始脉冲宽度1.699 ps在全正色散条件下已经很短，但通过腔外的1200 line/mm透射光栅对进一步压缩脉宽至84 fs，实现了超短脉冲的产生，这对于许多高精度应用如超快光学、生物医学成像和材料加工等具有重要意义。 此外，激光器能够自启动锁模，这意味着一旦启动，系统可以自动维持锁模状态，无需外部控制。光束质量因子M²为1.41，表明光束质量良好，符合实际应用的需求。这种大模场面积光子晶体光纤全正色散自相似锁模激光器在高功率、超短脉冲产生方面展现出优秀的性能，为未来光纤激光技术的发展提供了新的研究方向和潜在的应用前景。