超快光纤激光器结合了超快激光与光纤激光的优点,在科学研究、生物医药、消费电子、工业加工等领域均有重要应用。
【大恒学院】超快光纤激光器小知识
一、超快光纤激光器
超快激光在时间尺度上具有极快的持续时间(皮秒至飞秒量级),可以捕捉到分子振动、电子运动甚至是量子现象等超快过程。当激光脉冲宽度达到皮秒或飞秒量级,可以在很大程度上避免对分子热运动的影响,产生更少的热影响。超快光纤激光器结合了超快激光与光纤激光的优点,在科学研究、生物医药、消费电子、工业加工等领域均有重要应用。
注:
1 皮秒(ps)=10-12s,
1 飞秒(fs)=10-15s。
二、超快激光的产生原理
被动锁模是目前产生超短脉冲最常用的方法,它是通过在谐振腔中插入可饱和吸收体构成锁模激光器。可饱和吸收体的特性如图1左图所示,其透过率随入射光功率的增强而增大。
其工作原理可以理解为:初始激光噪声具有大致等于荧光带宽的光谱含量,与此同时,具有随机相位关系的纵模之间的干涉导致光强度起伏。脉冲的总量很大,其中存在少量超过平均强度的峰值在放大过程中得到平滑和加宽。当腔内光强超过可饱和吸收光强时,可饱和吸收体对光的吸收变为非线性。这个过程中脉冲中心部分强度高的部分漂白了可饱和吸收体,低损耗经过可饱和吸收体,而脉冲边沿强度较小的部分受到可饱和吸收体较大的吸收而被有效抑制,即脉冲边沿部分损耗大于中心部分,这个过程使得脉冲时域变窄,如图1右图所示。强度较大的脉冲在激光腔内获得大的净增益,而强度较低的边沿部分在腔内循环过程中基本完全被抑制,最终初始噪声在激光谐振腔内演化为超短脉冲输出。
图1:左图为可饱和吸收体宏观特性, ΔR调制深度,ΔRns非饱和吸收损耗,Fsat,A饱和通量;右图为脉冲经过可饱和吸收体后窄化
三、可饱和吸收体的类别
被动锁模技术中采用的可饱和吸收体可以分为实体可饱和吸收体(如半导体可饱和吸收镜、石墨烯、碳纳米管、拓扑绝缘体、黑磷等)和等效可饱和吸收体(非线性偏振旋转锁模、非线性光学环镜、非线性放大环镜等),它们也都有各自的优势和不足,下表列出了一些具有代表性的可饱和吸收体:
饱和吸收体名称 | 优势 | 不足 | |
实体可饱和吸收体 | 半导体可饱和吸收镜(SESAM) | 商业化成熟,抗环境干扰强 | 损伤阈值低,成本高,工作带宽窄 |
碳纳米管 | 饱和恢复时间快,工作带宽宽,光纤兼容性较好 | 工艺复杂,散射损耗大 | |
石墨烯 | 饱和恢复时间快,损伤阈值高,零带隙,工作带宽宽 | 工艺复杂,单层石墨烯调制深度小,不适用于高调制深度激光器 | |
拓扑绝缘体 | 带宽宽、调制深度大 | 制作工艺复杂 | |
黑磷 | 快饱和恢复时间,工作带宽较宽 | 极易氧化 | |
等效可饱和吸收体 | 非线性偏振旋转(NPR) | 损伤阈值高,快饱和恢复时间 | 偏振敏感,环境稳定性差 |
非线性光学环镜(NOLM) | 损伤阈值高,快饱和恢复时间 | 自启动困难 | |
非线性放大环镜(NALM) | 损伤阈值高,快饱和恢复时间 | 自启动较困难 | |
Mamyshev | 高能量输出 | 结构复杂,不易自启动 |
被动锁模振荡器的稳定性决定了激光系统的稳定可靠性。大恒光电自主研发制造的FLS系列光纤激光器,采用新一代被动锁模全保偏光纤结构设计,保证稳定的线偏振脉冲输出。激光器采用光电一体化设计,经过温循和振动测试,具有结构紧凑易于集成、可靠性高、免维护等特点。
四、FLS系列光纤激光器
1、FLS-1560F-FD
◊ 产品特性:6.5米单模光纤(PM1550)输出;激光器内色散预补偿;重复频率80MHz,平均功率>80mW,脉冲宽度<100fs;
◊ 应用领域:光纤太赫兹时域光谱仪;双光子成像;研究开发。
FLS-1560F-FD激光器典型输出光谱及自相关迹
2、FLS-YbF
◊ 产品特点:全保偏光纤结构,高稳定性,低相位噪声,一键启动;脉冲能量>0.5nJ,脉冲宽度<150fs;中心波长可定制;
◊ 应用领域:光纤/固体放大器种子、激光测距、生物探测、研究开发。
FLS-YbF激光器不同工作波长输出光谱及自相关迹
3、FLS-1064P-50
◊ 产品特点:全保偏光纤结构;近衍射极限脉冲输出;一键启动;脉冲能量>2.5nJ,脉冲宽度~5ps;脉宽重频可定制;
◊ 应用领域:光纤/固体放大器种子、激光测距、生物探测、超连续谱产生、研究开发。
FLS-1064P-50激光器输出光谱及自相关迹
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