同步飞秒与皮秒脉冲光纤激光器：设计与实现

"这篇论文主要探讨了高精度同步飞秒和皮秒脉冲产生技术，设计了一款能够同时输出飞秒和皮秒脉冲的光纤激光器。激光器利用近傅里叶变换极限的21 ps皮秒脉冲作为种子源，通过精细的脉冲管理和非线性处理，实现了飞秒和皮秒脉冲的同步输出。飞秒脉冲经过功率放大和光谱展宽，得到483 fs的超短脉冲，平均功率为210 mW；皮秒脉冲则经过预放大和主放大，输出脉冲宽度为25 ps，单脉冲能量达1.4 μJ。此外，通过压电陶瓷和步进电机的结合，实现了对种子源谐振腔重复频率的精确锁定，长时间内重复频率的稳定性极高。" 这篇研究涉及的核心知识点包括： 1. **光纤激光器**：这是一种利用光纤作为增益介质的激光发生器，能够产生高亮度、高效率的激光脉冲。 2. **超短脉冲技术**：飞秒和皮秒脉冲属于超短脉冲，它们的持续时间极短，分别为飞秒（1飞秒=10^-15秒）和皮秒（1皮秒=10^-12秒），这使得它们在科学研究和工业应用中具有极高的时间分辨率。 3. **锁模激光**：种子源的脉冲宽度为21 ps，表明激光器采用了锁模技术，通过内部反馈机制使激光器产生等间隔的超短脉冲序列。 4. **非线性效应**：在脉冲放大过程中，非线性效应如自相位调制（SPM）被有效地管理，SPM是一种由于光强度变化导致的相位变化现象，用于光谱展宽。 5. **光谱展宽**：通过50 m保偏单模光纤中的SPM，皮秒种子脉冲的光谱被展宽到6.12 nm，这是产生飞秒脉冲的关键步骤。 6. **去啁啾**：通过光栅对去啁啾，可以消除由于光谱展宽引起的脉冲形状失真，从而获得更短的脉冲宽度。 7. **脉冲功率放大**：皮秒和飞秒脉冲分别通过不同的功率放大链路，包括预放大和主放大，以提高脉冲的能量和功率。 8. **重复频率锁定**：通过压电陶瓷和步进电机的精确控制，实现了皮秒种子源谐振腔的重复频率长时间锁定，确保了脉冲输出的稳定性。 9. **结构稳定性**：虽然这不是主要内容，但提到了在激光系统中，支撑镜架的结构稳定性对于维持激光器输出功率的稳定性和长光程传输的光束指向稳定性至关重要。 这些技术在激光科学、精密光学、量子计算、生物医学成像、材料加工等多个领域有着广泛的应用。