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基于掺镱块材料的超短脉冲激光放大器综述

发布时间:2021-07-03 04:59
  掺镱块状材料是产生高功率超短脉冲激光输出的一种有效技术途径,具有造价低、易加工、易调节、可承受脉冲能量大等优势。该材料介于光纤、单晶光纤、板条、薄片之间,基于块状材料的超短脉冲激光放大器逐渐成为超快激光领域的研究热点。在具体体现形式上,主要有行波(单通、双通、四通)放大结构和再生放大结构;在所使用的增益介质方面,主要以Yb…YAG为主,另外还有Yb…KYW、Yb…KGW、Yb…CALGO、Yb…CaF2、Yb…Lu2O3、Yb…Y2O3等。梳理和总结了目前已经公开报道的相关结果,并对掺镱块材料超短脉冲激光放大器,尤其在百瓦甚至千瓦量级的超短脉冲放大器上的潜在应用及未来发展趋势进行了探讨和展望。 

【文章来源】:激光与光电子学进展. 2020,57(07)北大核心CSCD

【文章页数】:14 页

【部分图文】:

基于掺镱块材料的超短脉冲激光放大器综述


图1 双通Yb…YAG啁啾脉冲放大装置图[20]

装置图,装置图,锥形


除了以上两种Yb…YAG晶体棒和Yb…YAG陶瓷棒,来自白俄罗斯的Kuznetsov等[26]在2016年首次报道了锥形Yb…YAG晶体棒的概念(如图3所示)。通过数值模拟分析了泵浦光在均匀细棒和锥形细棒中分布的区别:在锥形细棒中,可形成多个高粒子数反转区域,因此有利于提升该类型放大器的增益[27]。在实验上,他们通过使用掺杂为1%、长度为30mm、粗端直径1mm、细端直径0.3mm的锥形Yb…YAG晶体棒,在130 W泵浦功率下,使用单通放大结构就获得了近25 W的连续输出功率[26],充分展示了锥形Yb…YAG晶体棒在功率放大方面的优势。2018年,他们又和韩国电子技术研究所的Yang等[28]合作,建立了超短激光脉冲在多级Yb…YAG棒状增益介质中放大的模型,并在实验上获得了脉冲宽度为580fs、重复频率为80MHz、平均输出功率大于110 W的超短脉冲激光。其中所使用的三级放大器分别是长度为40mm、掺杂浓度1%的锥形Yb…YAG细棒,Φ1 mm×30mm、2%掺杂的Yb…YAG晶体棒,和Φ1mm×40mm的Yb…YAG模块(Fibercryst公司Taranis模块),其实验装置图如图4所示。中国科学院西安光学精密机械研究所Li等[29-31]在其一系列工作中,除了使用Fibercryst公司的Taranis模块,还发展了水冷式的Yb…YAG增益模块。在他们2019年的最新工作中[31],使用了直接水冷式键合Yb…YAG晶体,尺寸为Φ3mm×(14+24+32)mm、掺杂2%,其中14mm和32mm为非掺杂YAG部分、24mm为掺杂晶体部分。在输入种子功率为7.4W、泵浦功率为135 W的条件下,采用双通结构,得到了输出功率38W、重复频率为250kHz的激光输出,通过使用体布拉格光栅进行后续压缩,得到了输出功率为23.9 W、脉冲宽度为985fs的超短脉冲激光,其实验装置如图5所示。

键合图,水冷式,键合,放大器


中国科学院西安光学精密机械研究所Li等[29-31]在其一系列工作中,除了使用Fibercryst公司的Taranis模块,还发展了水冷式的Yb…YAG增益模块。在他们2019年的最新工作中[31],使用了直接水冷式键合Yb…YAG晶体,尺寸为Φ3mm×(14+24+32)mm、掺杂2%,其中14mm和32mm为非掺杂YAG部分、24mm为掺杂晶体部分。在输入种子功率为7.4W、泵浦功率为135 W的条件下,采用双通结构,得到了输出功率38W、重复频率为250kHz的激光输出,通过使用体布拉格光栅进行后续压缩,得到了输出功率为23.9 W、脉冲宽度为985fs的超短脉冲激光,其实验装置如图5所示。以上所述结果均基于Yb…YAG的棒状增益介质,这主要是由于Yb…YAG介质的单程增益相对较大,但是Yb…YAG的增益带宽相对较窄,可直接获得的脉冲宽度较宽,典型脉冲宽度在0.6~2ps范围内。事实上,其他掺镱材料也可用来进行超短脉冲激光的放大。最近,来自韩国电子技术研究所的Kim等[32]报道了基于日本神岛化学公司提供的尺寸为Φ1mm×27mm、掺杂0.5%的Yb…Y2O3陶瓷细棒的单通、双通和四通超短脉冲激光放大器。在最大泵浦功率123.7 W时,采用四通放大结构,获得了8.1 W的最高输出功率,其脉冲宽度为239fs、光谱带宽为4.8nm、中心波长为1030.5nm,其实验装置图如图6所示。该结果充分展示了Yb…Y2O3陶瓷细棒放大器在高功率、超短脉冲放大方面的应用潜力,为进一步获得高功率超短脉冲激光提供了一种潜在的技术途径。

【参考文献】:
期刊论文
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[3]单晶光纤放大器研究进展[J]. 王雅兰,王庆.  激光与光电子学进展. 2018(10)
[4]二极管抽运全固态飞秒Yb激光振荡器[J]. 朱江峰,田文龙,高子叶,魏志义.  中国激光. 2017(09)



本文编号:3261920

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