華日激光超快光纖激光實驗室基于NALM鎖模技術(shù),優(yōu)化光學設計、電學控制與機械封裝,研制出可自啟動的微型飛秒和皮秒9字腔激光種子源。
超快激光技術(shù)在精密測量、航天航空、工業(yè)生產(chǎn)、生物醫(yī)療以及科學研究等領(lǐng)域有著重要的應用。作為超快激光的核心組件,目前市面上大部分皮秒和飛秒種子源都使用半導體可飽和吸收鏡(Semiconductor Saturable Absorber Mirror, SESAM)鎖模。
這種基于SESAM的被動鎖模方案技術(shù)成熟,自2016年起已在華日激光實現(xiàn)批量化生產(chǎn)。然而,種子源內(nèi)部的核心器件SESAM目前嚴重依賴進口,并且SESAM本身存在損傷閾值低、恢復時間長等劣勢,導致皮秒和飛秒種子源輸出功率偏低。
相較而言,基于非線性放大環(huán)形鏡(Nonlinearamplifyingloopmirror,NALM)原理的新型全光纖振蕩器無SESAM器件,具有噪聲低、壽命長等優(yōu)點,在低噪聲脈沖放大、光學頻率梳等先進激光技術(shù)與應用領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。
圖1:全光纖9字腔結(jié)構(gòu)示意圖; 圖2:Sagnac環(huán)透射率隨非線性相移量的變化
全光纖NALM激光器一般呈9字型結(jié)構(gòu),故也被稱為9字腔激光器,其通過引入非線性相移和非對稱分布的Sagnac環(huán)來實現(xiàn)鎖模(圖1)。光脈沖經(jīng)過耦合器進入環(huán)行腔后,分為兩個沿相反方向傳輸?shù)拿}沖。由于環(huán)內(nèi)增益光纖位置的非對稱性,導致兩路光脈沖經(jīng)歷的非線性效應不同,兩脈沖重新在耦合器處相遇并發(fā)生干涉時,各自積累的非線性相移不同(圖2)。相位差在2π時兩脈沖相干相長,相位差在π時兩脈沖相干相消,Sagnac環(huán)展現(xiàn)出類似于可飽和吸收體的強光高透、弱光低透的光開光特性,可以實現(xiàn)鎖模。
同時,Sagnac環(huán)具有顯著的光濾波特性,對脈沖時/頻域中強度較高部分高透,強度較低部分低透,可有效抑制噪聲,形成穩(wěn)定、低噪聲的超短脈沖輸出。
華日激光超快光纖激光實驗室(Huaray UFLL)基于NALM鎖模技術(shù),優(yōu)化光學設計、電學控制與機械封裝,研制出可自啟動的微型飛秒和皮秒9字腔激光種子源。
圖3:飛秒種子光譜
圖4:皮秒種子光譜
圖5:飛秒種子源功率穩(wěn)定性
激光器使用全保偏光纖方案,結(jié)合華日專利技術(shù)調(diào)教,壽命長、噪聲低、穩(wěn)定性高。飛秒種子源中心波長1030 nm,重復頻率20-100 MHz可定制,光譜寬度>15 nm,脈寬可壓縮至<100 fs,烤機功率波動RMS <0.3%,相對強度噪聲RIN <-150 dBc/Hz @100 kHz;皮秒種子源中心波長1064 nm, 重復頻率20-100 MHz可定制, 光譜寬度<0.6 nm,脈沖寬度10 ps。
以上技術(shù)突破,對華日激光超快激光產(chǎn)品線來說,可謂突破性創(chuàng)新,華日激光在超快激光器技術(shù)領(lǐng)域,已進入國際領(lǐng)先水平。
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