对撞锁模半导体超短光脉冲的产生

锁模(mode-locking)技术是1964年发展起来的。利用这种技术,尤其是对撞锁模CPM(colliding-pulse mode-locking)可以产生皮秒(10~(-12)s)甚至飞秒(10~(-15)s)量级的超短脉冲,这对于物理化学以及分子弛豫过程的超高速现象的研究具有决定性的意义。随着半导体技术在光纤通讯、电光采样、时钟信号等光电子学领域的飞速发展,迫切需要一种宽度窄、频率高的半导体激光脉冲光源。为此投入了大量的研究。常用的半导体超短光脉冲技术包括Q开关、增益开关、锁模技术等。无论在理论上还是实践上,脉宽最窄和重复频率最高的脉冲,都是由锁模技术得到的。1990年,Chen等人首次报道了利用微波调制的对撞锁模技术,在单片集成InGaAsP量子阱激光器上得到脉宽1.4ps,重复频率32.5GHz的超短脉冲。本文报道了利用对称三段式结构的InGaAsP量子阱激光器,在无调制情况下获得脉宽5.0ps,重复频率38.5GHz的超短光脉冲。     

高重复频率被动锁模的掺Er光纤激光器

为满足现代众多科学应用领域对低时域抖动、高重复频率飞秒光纤激光器的需求, 在实验基础上解决了若干技术难点, 并利用非线性偏振旋转(NPR)锁模原理, 成功得到了重复频率在100 MHz以上自由运转被动锁模的掺Er飞秒光纤激光器. 激光器输出脉冲的重复频率为101.94 MHz, 输出平均功率34 mW, 光谱谱宽25 nm, 傅里叶变换受限输出脉冲宽度为105 fs.     

自锁模钛宝石激光器中的脉冲压缩

自锁模钛宝石激光器1991年问世以来,已取得了巨大的进展。由于其激光频谱范围宽,能够产生短的脉冲,输出功率高和工作稳定等优点而受到人们的青睐,获得广泛应用。我们在1994年自行研制的自锁模钛宝石激光器获得50fs的基础上,经过改进,由此激光器获得了19fs的激光脉冲。本文将介绍这一激光器中脉冲压缩的实验研究。 1 实验 钛宝石激光器能够自锁模产生超短脉冲的原理是利用钛宝石激光晶体中的光克尔(Kerr)效应产生自聚焦与自相位调制(SPM),使激光工作频谱展宽。由激光锁模原理可知,工作频谱△v越宽,能得到的锁模脉冲宽度△t便越窄。然而,工作频率越宽,激光器腔内元件引起的群速度色散(GVD)又会使脉冲增宽,限制了脉冲的进一步压缩。为此,人们在腔内装置了群速度补偿棱镜对,使其能产生短的脉冲。由上述可知,要使钛宝石激光器产生短脉     

高脉冲能量大模场面积光子晶体光纤飞秒激光器

报道了一种支持高单脉冲能量输出的被动锁模飞秒光纤激光器. 该激光器使用具有极低非线性系数的掺Yb³⁺双包层大模场面积偏振光子晶体光纤作为激光增益介质, 具有很好的环境稳定性. 激光器基于线形腔结构, 没有色散补偿, 利用半导体可饱和吸收镜 (SESAM)实现自启动锁模, 获得了平均功率为2.5 W, 重复频率为51.4 MHz (对应于50 nJ的单脉冲能量), 脉冲宽度为4.2 ps的稳定的连续波锁模脉冲输出. 经腔外色散补偿, 脉冲宽度压缩至410 fs. 当激光器输出功率比较低时, 脉冲成形由SESAM的非线性吸收决定, 而在高功率输出的情况下, 激光器的锁模运转主要取决于自相位调制展宽光谱与增益带宽的限制之间的平衡.     

同步抽运飞秒光参量振荡器中的载波-包络相位控制及其应用

同步抽运飞秒光参量振荡器(OPO)以及抽运源所构成的飞秒脉冲系统具有内在同步、多波长脉冲输出以及各脉冲的载波-包络相位(CEP)的内在关联等特性, 在超宽频率梳以及脉冲的相干合成方面具有先天的优势. 本文阐述了一系列该研究方向的最新成果, 诸如探讨了OPO内载波-包络相位与能量守恒的关系, 并通过实验进行了检验; 利用自参考法控制了作为抽运源的飞秒钛宝石激光器CEP, 并通过压电陶瓷(PZT)锁定了其脉冲重复频率; 利用OPO产生的非相位匹配可见光, 并以抽运光的超连续作为参考, 通过OPO端镜上的快速PZT控制了OPO产生的所有脉冲的CEP, 从而获得400 nm~2.4 μm超宽频率梳, 控制精度高于1.2 kHz带宽; 并利用波长相近相位锁定的抽运光以及信号光倍频实现了不同脉冲的相位相干, 为产生极窄的合成光脉冲打下了基础.     

精确控制fs超短光脉冲的同步放大

研究飞秒脉冲的放大对于发展飞秒超短脉冲的应用是十分重要的。在低重复频率下(<10Hz),用普通的调Q Nd∶YAG激光器作为fs超短脉冲染料放大器的泵浦源,会由于固体器件的不稳定因素,影响泵浦脉冲与被放大fs脉冲之间的同步精度。同时,因为泵浦脉冲较宽(~10ns),会使一部分能量浪费在放大的受激自发辐射(ASE)上,从而降低了信噪比。因此,获得窄的泵浦脉冲并控制其与fs超短脉冲在染料盒中精确同步,     

更短更亮更优秀

一种有着军方背景的激光技术看来会对生物学产生巨大影响。通过产生高功率的短脉冲 ,自由电子激光器将推进我们对生物分子的认识     

激光化学与物理学:下一个科学新领域

原子和分子是如何与光发生相互作用的 ?人们也许会认为业已成熟的现代激光光谱学已经回答了这一基本问题 ,今后只需应用好我们的知识资源就可以了。然而 ,超短、超强脉冲激光器的发展已使人们认识到在光与物质相互作用方面尚有许多问题需要研究。众所周知 ,超短脉冲激光器使人们能够在飞秒尺度上对分子过程进行实时探测。然而最新的进展并不是出自于脉冲的超短时间宽度 ,而是起源于光脉冲的极高光强。线性调频脉冲放大器的出现 ,大大地增加了超短脉冲激光器的输出能量。现在 ,即使是在大学的实验室中也可利用实验台上的高功率线性调频脉冲放…     

脉冲啁啾对干涉相关测量影响的研究

常规二次谐波强度相关技术曾经有效地被用于皮秒、亚皮秒光脉冲的测量。但是,碰撞锁模和脉冲压缩技术的发展,使脉宽达到数十飞秒(fs)、甚至几飞秒;人们对常规测量法测量如此短的持续时间是否还有足够的精度表示关注。在我国首次实现30fs和得到脉冲的干涉相关(即位相相关)曲线后,提出了利用该曲线测量飞秒脉冲可得到更高精度的思想。这一思想的发展便是“等值宽度法”和“计算机处理法”。与此同时,Fork等将脉宽压缩到6fs并     

光孤波在线性色散介质中传输的稳定性分析

光孤波或光孤子由于具有在传输过程中保持波形不发生畸变等特点,而在超高容量的光通信及超快过程等方面有着广阔的应用前景,现已越来越引起人们的研究兴趣.目前对光孤子的研究虽大多集中于时间和空间分离的情况,即时间包络型和空间型的光孤子,但由于随着实验技术的飞速发展,在固体激光器中短至十几个飞秒的超短脉冲的产生,有必要在理论上讨论时空耦合情形下光脉冲的传输特性.对此,人们已作了一些解析及数值性的尝试研究.值得指出,人们最初之所以研究非线性介质中的光脉冲传输,其重要原因之一就是普遍     

阿秒脉冲产生的技术原理及进展

随着超短脉冲激光技术的快速发展,人们观察超快动力学的视野从飞秒领域跨入到阿秒领域.由于电子绕氢原子核转1圈的时间大约为1.5×10–16s,即150 as,因此阿秒激光脉冲的出现为人类提供了打开原子内部动态世界大门的钥匙,成为21世纪激光物理与技术最重要的进展之一.经过多年的不断创新和突破,阿秒脉冲产生技术从最初只能用少周期飞秒脉冲作为驱动光源,已发展出多种空间及时间选通技术,所能产生的最短激光脉宽已达43 as.本文通过总结这些技术方法,介绍了产生阿秒激光脉冲的原理及主要进展.     

基于重构-等效啁啾技术的三相移和双周期调制的分布反馈半导体激光器的数值研究

提出基于重构-等效啁啾(REC)技术设计的等效三相移分布反馈(DFB)半导体激光器,并进行了数值分析. 同时将多相移和周期调制(CPM)结构相结合, 提出一种新型的具有复杂光栅结构的分布反馈半导体激光器, 即双周期调制结构. 与双相移的分布反馈激光器相比较, 这种结构沿激光器腔有更加平坦的光场分布, 但是它们的功率-电流(P-I)曲线几乎相同. 同时基于等效-重构啁啾技术, 设计和分析了等效双周期调制半导体激光器. 数值分析结果表明, 类似于相移、甚至是任意的光栅周期变化结构, 都可以利用改变取样结构的方法去等效地实现. 但是, 他们的内部和外部的光学特征几乎和实际的相移, 以及任意变化光栅周期的分布反馈激光器的光学特性几乎相同. 等效-重构啁啾技术的一个突出优点是, 仅仅改变的是取样结构, 而种子光栅(取样结构中的实际的光栅)的周期是均匀的, 所以低成本的标准的全息曝光技术就可以实现它的制造. 因此, 相信这种方法可以实现各种高性能的结构复杂的分布反馈半导体激光器的低成本规模化生产.     

一阶自相关法测量飞秒激光脉冲时间宽度

在飞秒(fs)激光技术研究过程中,激光脉冲时间宽度的测量是不可缺少的.通常用二次谐波自相关法间接测量激光的脉宽,在脉宽为几十飞秒量级时,所用的倍频晶体和聚焦透镜必须非常薄,否则会引起飞秒脉冲的展宽.且当脉宽为几飞秒时,必须使用干涉测量法(如测量6fs),但所使用的倍频晶体KDP的厚度为32μm,这么薄的晶体,其加工的难度可想而知.本文实现了用一阶相关法(即线性相关法)测量飞秒脉冲时间宽度,其中相关仪的控制及实验数据的采集均由计算机完成,其时间分辨率达0.3fs.当被测的激光脉冲中心波长位于那些难以找到信频等非线性光学晶体的光谱区时,一阶相关法就更是必不可少.     

75 fs全光纤超短脉冲激光器

报道了利用光纤非线性偏振旋转锁模方法, 使用正常色散的高掺铒光纤提供高增益的同时, 补偿谐振腔中普通单模光纤的反常色散, 在展宽脉冲光纤环形激光器中直接产生了75 fs的超短脉冲输出. 在125 mW的抽运光功率下, 其平均输出功率大于15 mW, 重复频率为25.9 MHz, 光谱宽度达到53 nm, 同时输出脉冲的能量也获得了极大的提高, 单脉冲能量达到0.6 nJ. 该激光器操作简单, 在锁模情况下运行稳定, 其全光纤结构更有利于小型化和便携化.     

飞秒相干反斯托克斯Raman光谱技术与细胞识别的Raman光谱显微探针技术

飞秒相干反斯托克斯Raman光谱技术高分辨率飞秒相干反斯托克斯Raman光谱(CARS)的研究涉及非线性光学、激光光谱学、超快激光技术、量子光学、原子分子物理学及计算机优化控制理论与技术等学科领域。基于超快脉冲激光的整形、放大和压缩技术,利用飞秒整形激光脉冲与特定量子体系相互作用,产生非线性光学相干反斯托克斯Raman光谱(CARS),实现特定Raman模的选择相干抑制或增强,提高了Ra-man光谱的灵敏度、选择性、频谱分辨率和空间分辨率等,可望为材料科学和生物医药等领域的研究提供全新的技术和方法。Raman光谱技术是研究材料、生物医药…     

超快速测量实验方法研究

电子显微镜和扫描隧道显微镜使人们能看到原子尺寸的微观世界图像, 极大地促进了化学、生命、材料、表面等学科的发展. 通过提高时间分辨率, 利用特定能量的飞秒和阿秒X射线脉冲来探测超快速化学反应, 如光合作用、DNA和蛋白质分子的合成和分解过程, 已经成为科学发展的前沿研究领域之一. 经过多年的探索, 作者在有关超短X射线脉冲产生(发光)、超快速测量(时间分辨率达到飞秒量级, 1 fs = 10^-15 s, 即1千万亿分之一秒, 和阿秒量级, 1 as = 10^-18 s, 即100亿亿分之一秒)等前沿领域取得了一些原创性的研究成果, 发现了原子在强激光场中产生飞秒和阿秒X射线脉冲的发射特性(即激光相位与X射线光子能量之间的关系), 揭示了发射特性的激光脉冲宽度依赖性和载波-包络相位(CEP)依赖性及其180°周期结构, 在理论上计算出了飞秒和阿秒X射线光电效应的量子增强现象及光电子能谱的干涉图像等. 提出了测量和应用CEP的新方法, 建立了应用于超快速测量的光电子能谱相位确定法, 找到了重建脉冲时间结构的光电子能谱微分变换方程、积分变换方程和比例变换方程. 利用这些先进的方法和变换方程, 能极大地提高超快速测量的实验效率和时间精度(理论均方根时间偏差为2 as). 这些研究成果为超快速测量实验研究和分子电影技术的发展奠定了重要的理论和技术基础.     

单个准分子激光脉冲和位相光栅模板制作表面周期结构

近年来,准分子激光器(excimer laser)以其高能量的脉冲式紫外(193nm或248nm)激光输出特征而被人们用于部分薄膜材料的加工和制备,其原理是用聚焦后的准分子激光脉冲对靶材进行轰击,一定条件下将轰击出来的靶材颗粒均匀沉积在基片上便可以生长出薄膜结构,这种方法又称为PLD(Pulse laser deposition)技术.利用准分子激光器和石英位相光栅模板,人们已经在光敏光纤和光敏光波导中写入了性能良好的Bragg折射率光栅,由于LiNbO_3(LN)和 LITaO_3(LT)这两种重要的光学晶体均对准分子激光波长(248 nm)产生强烈吸收,所以当它们被该激光照射时,激光能量将被晶体吸收并产生热量.如果激光的能量密     

飞秒激光诱导周期性表面结构及其应用

近年来,飞秒激光微纳加工技术引起了科学界的广泛关注.飞秒激光脉冲凭借其超短脉宽及超强的瞬时功率,较传统的激光加工有着明显的优势:几乎可以加工任何材料,非接触加工,非热加工,加工精度高,能够加工亚微米级结构和三维复杂结构,加工过程耗能低.飞秒激光加工材料的过程中会产生周期性的表面结构,这些表面结构会对材料的表面性能产生明显的影响,并且在国防、医疗、高端制造等多个领域具有巨大的应用潜力.因此,国内外研究人员对飞秒激光诱导周期性表面结构进行了系统深入的理论研究和实验研究.本文简要阐述了飞秒激光的基本特点及飞秒激光微纳加工的独特优势,对近年来关于飞秒激光诱导周期性表面结构(laser induced periodic surface structure,LIPSS)的理论与实验研究进行了综述,并阐述了这种周期性表面结构对材料表面浸润特性、光学特性以及表面拉曼增强的影响和研究进展,最后对LIPSS未来的研究方向进行了预测和展望.     

中国科学院物理研究所在强场物理研究领域取得重要进展

近年来,随着超短脉冲激光啁啾放大(CPA)技术的重大突破,激光强度提高了5~6个数量级.利用这种放大技术建立的激光装置的脉冲宽度可以短至几个光周期(十几飞秒),输出功率可以高达拍瓦(1015W)量级,聚焦光强超过1020W/cm2.     

超高频38.5GHz半导体碰撞锁模皮秒光脉冲的产生

半导体超短光脉冲在长波长时分复用光纤通讯,超快数据处理,电光采样系统具有广泛应.常用的半导体短光脉冲产生方式有:增益开关技术、Q开关技术、锁模技术等.无论从理论上还是实践上,重复频率最高,宽度最窄的脉冲都是由锁模技术得到的.通过使用集成技术可以克服扩展腔结构中常见的机械稳定性不好,光路不易调整.而且存在复腔效应等缺点.在碰撞锁模激光器中,由于碰撞锁模效应和可饱和吸收体的吸收作用,脉冲前沿被吸收,后沿被光腔中的瞬间光栅散射,脉冲宽度得到大幅度削减.我们利用集成技术制备了1.5μm波长InGaAsP 碰撞脉冲锁模量子阱(CPM-QW)激光器(LD),测量得到脉宽5.1ps.