Frequency Comb and Novel fs Lasers


基于自参考(f-2f)技术的光学频率梳

光学频率梳是世纪之交最重要的发明之一,通过光子晶体光纤将 极短飞秒脉冲的光谱展宽到大于一个倍频程的带宽,拍频光谱中的短 波成分与长波成分的倍频光,即可测得载波与包络之间的相移对应的 频率漂移量δ。图1是实现光频梳的原理图,通过锁定拍频信号δ及 激光重复频率到微波原子钟或光频标,即可得到每个纵模都锁定的光 学频率梳,图2是测量拍频信号δ的光路图。基于这样的原理所建成 的光学频率梳的核心是一台飞秒激光器(图3),并成为2005年诺贝 尔物理奖的重要内容(图4)。

图1. 利用飞秒激光实现光梳的原理       图2.测量d信号的实验光路图

图3. 基于飞秒激光的光梳照片   图4.获得2005年诺贝尔物理奖的美德学者

基于自差频(0-f)技术的光学频率梳

由于光子晶体表面的激光损伤及光束指向性引起的光束偏移,基于 上述传统方案的光频梳无论输出功率、还是长期稳定性及持续锁定时 间,都存在者先天不足。为此我们以自建的超宽光谱钛宝石激光为光 源,通过在PPLN晶体中的自差频,获得了远高于上述方案的信号,在 输出功率、长期稳定锁定等性能指标方面都表现出优良的特性。

飞秒光纤激光器

基于非线性偏振旋转(NPE)锁模技术,我们已研制成功1040nm和 1550nm两个系列的锁模光纤激光器,其中最短脉宽小于50fs,最高功 率大于1W。此外我们也研制了1040nm波长的系列光子晶体光纤锁模激 光器,最大功率已经超过50W,压缩后的脉宽小于120fs。

飞秒光纤光学频率梳

我们基于自制的Yb光纤飞秒激光器,通过采用自制的拉锥光纤展 宽光谱,得到大于一个倍频程的超连续,并通过自参考方案测得大于 40dB的CEO偏频信噪比,实现了激光重频与CEO频率的稳定锁定,锁定 后典型的重频均方差0.7mHz,CEO频率均方差3.9mHz。锁定时间大于1 小时,从而实现了一种成本低、稳定性高的实用光纤光梳。

左:飞秒Yb光纤光梳光路图。中上为拉锥光纤展宽的倍频程光谱图,右上为 CEO频率的信噪比。中下及中右分别为锁定后重频及CEO频率的艾伦偏差

同步飞秒钛宝石激光器

两台飞秒激光比单台具有更广泛的应用,因此同步飞秒激光是非 常重要的研究课题。我们针对多年来同步飞秒激光研究中同步维持时 间短、输出功率低等困扰实用性的问题,提出了增强同步精度及稳定 性的机制,通过将两台激光的增益介质及与互相位调制(XPM)晶体 完全分离的方案,研制成功参数性能超越前人的同步飞秒激光器并多 次取得成功应用。其timing jitter小于0.4fs、输出功率大于1.3W。

左:同步飞秒激光实验光路图。中:实现同步后示波器上的锁模踪迹。右为 研制成功的产品化同步飞秒激光器照片

新型全固态KLM飞秒激光系列研究

开展了二极管激光直接泵浦的全固态Yb及Nd掺杂系列激光晶体的克 尔透镜锁模(KLM)及SESAM锁模研究,并在Yb:YGG、Yb:YCOB及Yb:CYA 激光中首次实现KLM,其中获得的最短脉宽为33fs。

已实现KLM全固态激光参数、锁模踪迹及脉冲自相关曲线。

此外也与德国马普量子光学研究所(MPQ)合作,研制成功重频分 别为100MHz及260MHz、对应脉宽分别为250fs及215fs、功率分别为90W 及75W的KLM薄片Yb:YAG激光器。并通过腔外压缩得到了平均功率50W、 脉宽24fs的结果。

图示KLM薄片Yb:YAG激光光路图(左),输出脉冲光谱与展宽后的光谱比较(中) 及压缩后的脉冲自相关曲线(右)

Copyright © 2014-2017 中国科学院物理研究所光物理重点实验室L07组
地址: 北京市海淀区中关村南三街8号, 北京市603信箱136分箱, 邮编100190
电话: 86-10-82649337, 传真: 86-10-82649337, Email: lidh05@sina.com,WWW: http://ultralaser.iphy.ac.cn