光纤激光器直接输出的高功率贝塞尔超短脉冲

谢辰; 胡明列; 徐宗伟; 兀伟; 高海峰; 张大鹏; 秦鹏; 王艺森; 王清月

doi:10.7498/aps.62.064203

摘要

构建了一种能够直接输出高功率贝塞尔超短脉冲的光纤激光放大器. 该方案基于在光纤端面特殊设计和制备的微型负轴锥镜, 针对常规超短脉冲光纤激光放大系统所设计, 不需要引入其他分立整形器件, 避免了目前基于轴锥透镜产生贝塞尔光束的通用方法所带来的额外烦琐准直工作, 极大简化了产生贝塞尔光束的方法. 其中的微型负轴锥镜由聚焦粒子束刻蚀法在一段掺镱大模场光子晶体光纤的端面制备, 它和光纤激光系统中的固有准直透镜构成了集成化的光束整形器件. 基于数值模拟结果成功搭建的系统与理论设计一致, 直接输出了在米量级具有高度准直无衍射特性的啁啾皮秒贝塞尔超短脉冲波包, 平均功率高达10.1 W, 对应脉冲能量178 nJ, 经过光栅对压缩后脉冲宽度可达140 fs.

关键词:

Abstract

High power Bessel pulses directly output from a fiber-based amplifier system are demonstrated. A compact solution based on the inverse micro-axicon (IMAX) on fiber end is proposed for the conventional ultrashort pulse fiber laser system to enable the direct generation of high power Bessel pulses from lasers without any additional exhausting alignments. The IMAX is fabricated on one facet of a ytterbium-doped large mode area fiber by focusing ion beam technique and constitutes an integrated beam shaper in combination with an inherent collimating lens in the fiber laser system. The experimental results accord qualitatively with the simulations. The system can directly generate chirped Bessel pulses with diffraction-free propagation in meter-scaled free space. The highest average power of such a wavepacket can reach 10.1 W, correspongding to 178 nJ, and the pulse duration can be dechirped to 140 fs.

Keywords:

作者及机构信息

1.
天津大学精密仪器与光电子工程学院, 超快激光研究室, 光电信息技术科学教育部重点实验室, 天津 300072;

2.
天津大学, 精密测量技术与仪器国家重点实验室, 天津市微纳制造技术工程中心, 天津 300072

基金项目: 国家重点基础研究发展计划(批准号: 2011CB808101, 2010CB327604)、国家自然科学基金(批准号: 61078028, 60838004)、全国优秀博士论文作者专项资金(批准号: 2007B34)和高等学校博士学科点专项科研基金(批准号: 20110032110056) 资助的课题.

Authors and contacts

1.
Ultrafast Laser Laboratory, College of Precision Instruments and Opto-Electronics Engineering, Key Laboratory of Opto-Electronics Information Technology (Ministry of Education), Tianjin University, Tianjin 300072, China;

2.
State Key Laboratory of Precision Measuring Technology and Instruments, Centre of MicroNano Manufacturing Technology, Tianjin University, Tianjin 300072, China

Funds: Project supported by the National Basic Research Program of China (Grant Nos. 2011CB808101, 2010CB327604), the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 61078028, 60838004), the Foundation for the Author of National Excellent Doctoral Dissertation, China (Grant No. 2007B34), the Specialized Research Fund for the Doctoral Program of Higher Education of China (Grant No. 20110032110056).

参考文献

[1]	Durnin J, Miceli J J, Eberly J H 1987 Phys. Rev. Lett. 58 1499
[2]	Bouchal Z, Wagner J, Chlup M 1998 Opt. Commun. 151 207
[3]	Karásek V, Čžmár T, Brzobohatý O, Zemánek P, Garcés-Chávez V, Dholakia K 2008 Phys. Rev. Lett. 101 143601
[4]	Botcherby E J, Juškaitis R, Wilson T 2006 Opt. Commun. 268 253
[5]	Bhuyan M K, Courvoisier F, Lacourt P A, Jacquot M, Salut R, Furfaro L, Dudley J M 2010 Appl. Phys. Lett. 97 081102
[6]	McGloin D, Dholakia K 2005 Contemp. Phys. 46 15
[7]	Zhang Q A, Wu F T, Zheng W T 2012 Acta Phys. Sin. 61 034205 (in Chinese) [张前安, 吴逢铁, 郑维涛 2012 61 034205]
[8]	Wu F T, Ma L, Zhang Q A, Zheng W T, Pu J X 2012 Acta Phys. Sin. 61 014202 (in Chinese) [吴逢铁, 马亮, 张前安, 郑维涛, 蒲继雄 2012 61 014202]
[9]	Wu F T, Jiang X G, Liu B, Qiu Z X 2009 Acta Phys. Sin. 58 3125 (in Chinese) [吴逢铁, 江新光, 刘彬, 邱振兴 2009 58 3125]
[10]	Bin Z, Zhu L 1998 Appl. Opt. 37 2563
[11]	Steinvurzel P, Tantiwanichapan K, Goto M, Ramachandran S 2011 Opt. Lett. 36 4671
[12]	Zhu X, Schulzgen A, Li L, Peyghambarian N 2009 Appl. Phys. Lett. 94 201102
[13]	Kim J, Jeong Y, Lee S, Ha W, Shin J S, Oh K 2012 Opt. Lett. 37 623
[14]	Liberale C, Cojoc G, Candeloro P, Das G, Gentile F, De Angelis F, Di Fabrizio E 2010 IEEE Photon. Technol. Lett. 22 474
[15]	Grosjean T, Saleh S S, Suarez M A, Ibrahim I A, Piquerey V, Charraut D, Sandoz P 2007 Appl. Opt. 46 8061
[16]	Cabrini S, Liberale C, Cojoc D, Carpentiero A, Prasciolu M, Mora S, Degiorgio V, De Angelis F, Di Fabrizio E 2006 Microelectron Eng. 83 804
[17]	Eah S K, Jhe W, Arakawa Y 2003 Rev. Sci. Instrum. 74 4969
[18]	Goodman J W 1996 Introduction to Fourier Optics (2nd Ed.) (New York: Mc-Graw Hill) p63
[19]	Song Y J, Hu M L, Liu B W, Chai L, Wang Q Y 2008 Acta Phys. Sin. 57 6425 (in Chinese) [宋有建, 胡明列, 刘博文, 柴路, 王清月 2008 57 6425]

施引文献

[1]	Durnin J, Miceli J J, Eberly J H 1987 Phys. Rev. Lett. 58 1499
[2]	Bouchal Z, Wagner J, Chlup M 1998 Opt. Commun. 151 207
[3]	Karásek V, Čžmár T, Brzobohatý O, Zemánek P, Garcés-Chávez V, Dholakia K 2008 Phys. Rev. Lett. 101 143601
[4]	Botcherby E J, Juškaitis R, Wilson T 2006 Opt. Commun. 268 253
[5]	Bhuyan M K, Courvoisier F, Lacourt P A, Jacquot M, Salut R, Furfaro L, Dudley J M 2010 Appl. Phys. Lett. 97 081102
[6]	McGloin D, Dholakia K 2005 Contemp. Phys. 46 15
[7]	Zhang Q A, Wu F T, Zheng W T 2012 Acta Phys. Sin. 61 034205 (in Chinese) [张前安, 吴逢铁, 郑维涛 2012 61 034205]
[8]	Wu F T, Ma L, Zhang Q A, Zheng W T, Pu J X 2012 Acta Phys. Sin. 61 014202 (in Chinese) [吴逢铁, 马亮, 张前安, 郑维涛, 蒲继雄 2012 61 014202]
[9]	Wu F T, Jiang X G, Liu B, Qiu Z X 2009 Acta Phys. Sin. 58 3125 (in Chinese) [吴逢铁, 江新光, 刘彬, 邱振兴 2009 58 3125]
[10]	Bin Z, Zhu L 1998 Appl. Opt. 37 2563
[11]	Steinvurzel P, Tantiwanichapan K, Goto M, Ramachandran S 2011 Opt. Lett. 36 4671
[12]	Zhu X, Schulzgen A, Li L, Peyghambarian N 2009 Appl. Phys. Lett. 94 201102
[13]	Kim J, Jeong Y, Lee S, Ha W, Shin J S, Oh K 2012 Opt. Lett. 37 623
[14]	Liberale C, Cojoc G, Candeloro P, Das G, Gentile F, De Angelis F, Di Fabrizio E 2010 IEEE Photon. Technol. Lett. 22 474
[15]	Grosjean T, Saleh S S, Suarez M A, Ibrahim I A, Piquerey V, Charraut D, Sandoz P 2007 Appl. Opt. 46 8061
[16]	Cabrini S, Liberale C, Cojoc D, Carpentiero A, Prasciolu M, Mora S, Degiorgio V, De Angelis F, Di Fabrizio E 2006 Microelectron Eng. 83 804
[17]	Eah S K, Jhe W, Arakawa Y 2003 Rev. Sci. Instrum. 74 4969
[18]	Goodman J W 1996 Introduction to Fourier Optics (2nd Ed.) (New York: Mc-Graw Hill) p63
[19]	Song Y J, Hu M L, Liu B W, Chai L, Wang Q Y 2008 Acta Phys. Sin. 57 6425 (in Chinese) [宋有建, 胡明列, 刘博文, 柴路, 王清月 2008 57 6425]

[1]	吴航, 陈燎, 舒学文, 张新亮. 基于飞秒激光加工长周期光栅的全光纤三阶轨道角动量模式的产生. , 2023, 72(4): 044201. doi: 10.7498/aps.72.20221928
[2]	杨亚涛, 邹媛, 曾琼, 宋宇锋, 王可, 王振洪. 多孤子和类噪声脉冲共存的锁模光纤激光器. , 2022, 71(13): 134205. doi: 10.7498/aps.71.20220250
[3]	闫忠宝, 孙帅, 张帅, 张尧, 史伟, 盛泉, 史朝督, 张钧翔, 张贵忠, 姚建铨. 二氧化钒相变对太赫兹反谐振光纤谐振特性的影响及其应用. , 2021, 70(16): 168701. doi: 10.7498/aps.70.20210084
[4]	刘家兴, 刘侠, 钟守东, 王健强, 张大鹏, 王兴龙. 光纤光栅对的参数匹配与激光输出特性. , 2019, 68(11): 114205. doi: 10.7498/aps.68.20190178
[5]	马金栋, 吴浩煜, 路桥, 马挺, 时雷, 孙青, 毛庆和. 基于飞秒锁模光纤激光脉冲基频光的差频产生红外光梳. , 2018, 67(9): 094207. doi: 10.7498/aps.67.20172503
[6]	王少奇, 邓颖, 张永亮, 李超, 王方, 康民强, 罗韵, 薛海涛, 胡东霞, 粟敬钦, 郑奎兴, 朱启华. 掺Er3+氟化物光纤振荡器中红外超短脉冲的产生. , 2016, 65(4): 044206. doi: 10.7498/aps.65.044206
[7]	傅宽, 徐中巍, 李海清, 彭景刚, 戴能利, 李进延. 石墨烯被动锁模全正色散掺镱光纤激光器中的暗脉冲及其谐波. , 2015, 64(19): 194205. doi: 10.7498/aps.64.194205
[8]	韩旭, 冯国英, 武传龙, 姜东升, 周寿桓. 掺镱光纤激光器自脉冲与自脉冲内的自锁模研究. , 2012, 61(11): 114204. doi: 10.7498/aps.61.114204
[9]	曾祥楷, 饶云江. 长周期光纤光栅傅里叶模式耦合理论. , 2010, 59(12): 8607-8614. doi: 10.7498/aps.59.8607
[10]	曾祥楷, 饶云江. Bragg光纤光栅傅里叶模式耦合理论. , 2010, 59(12): 8597-8606. doi: 10.7498/aps.59.8597
[11]	王擂然, 刘雪明, 宫永康. 基于高能量耗散型脉冲掺铒光纤激光器的实验研究. , 2010, 59(9): 6200-6204. doi: 10.7498/aps.59.6200
[12]	宋有建, 胡明列, 谢辰, 柴路, 王清月. 输出近百纳焦耳脉冲能量的光子晶体光纤锁模激光器. , 2010, 59(10): 7105-7110. doi: 10.7498/aps.59.7105
[13]	蒋建, 常建华, 冯素娟, 毛庆和. 基于光纤激光器的中红外差频多波长激光产生. , 2010, 59(11): 7892-7898. doi: 10.7498/aps.59.7892
[14]	朱涛, 史翠华, 饶云江, 郑建成. CO2激光写入长周期光纤光栅的折变理论及实验研究. , 2009, 58(9): 6316-6322. doi: 10.7498/aps.58.6316
[15]	黄琳, 代志勇, 刘永智. 不同脉冲重复频率下抽运方式对全光纤声光调Q激光器性能的影响. , 2009, 58(10): 6992-6999. doi: 10.7498/aps.58.6992
[16]	任广军, 魏臻, 姚建铨. 调Q脉冲保偏光纤激光器的研究. , 2009, 58(2): 941-945. doi: 10.7498/aps.58.941
[17]	王建明, 段开椋, 王屹山. 两光纤激光器相干合成的实验研究. , 2008, 57(9): 5627-5631. doi: 10.7498/aps.57.5627
[18]	任广军, 张强, 王鹏, 姚建铨. 掺钕保偏光纤激光器的研究. , 2007, 56(7): 3917-3923. doi: 10.7498/aps.56.3917
[19]	刘艳格, 张春书, 孙婷婷, 鲁云飞, 王志, 袁树忠, 开桂云, 董孝义. 输出平均功率大于2W的高功率、包层抽运、超短脉冲铒镱共掺光纤激光器. , 2006, 55(9): 4679-4685. doi: 10.7498/aps.55.4679
[20]	张军, 张杰, 陈清, 彭练矛, 苍宇, 王怀斌, 仲佳勇. 利用飞秒激光等离子体产生的超热电子进行衍射实验的可行性研究. , 2002, 51(8): 1764-1767. doi: 10.7498/aps.51.1764

计量

文章访问数: 7107
PDF下载量: 684
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板