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中科院半導(dǎo)體所全固態(tài)光源實(shí)驗(yàn)室林學(xué)春課題組在串模式脈沖光纖放大器方面的研究取得了新進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)基于全光纖結(jié)構(gòu)的Q鎖模激光種子源實(shí)現(xiàn)串模式脈沖光纖放大器，平均功率166 W，總能量8.3 mJ。這是首次打破平均功率150 W、脈沖能量8 mJ的無(wú)任何同步脈沖選擇的脈沖串模式光纖放大器。
“2017中國(guó)光學(xué)十大進(jìn)展”候選推薦
串模式脈沖激光器通常具有kHz量級(jí)的重復(fù)頻率，子脈沖重頻從百M(fèi)Hz到GHz。 這種低重頻、大能量的串模式脈沖激光器應(yīng)用廣泛，比如光注入驅(qū)動(dòng)激光器、高速光通信、激光診斷、流場(chǎng)分析以及激光雷達(dá)等領(lǐng)域，均對(duì)激光重復(fù)頻率（kHz量級(jí)）和大能量（mJ級(jí)）激光脈沖有很大的需求。由于其在材料加工中具有更低的熱效應(yīng)而展現(xiàn)出卓越的優(yōu)勢(shì)，因此，激光材料燒蝕也急需此類大功率、大能量的激光器。畢爾肯大學(xué)最近在Nature上報(bào)道了采用非常高平均功率的脈沖串激光進(jìn)行無(wú)熱損傷燒蝕大部分目標(biāo)材料的研究進(jìn)展。
光纖放大是產(chǎn)生高功率、高效率脈沖串激光的有效手段。但是高平均功率與高脈沖能量的同時(shí)實(shí)現(xiàn)是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。目前，高平均功率、高脈沖能量一般通過(guò)特殊設(shè)計(jì)的光纖或復(fù)雜的多級(jí)光纖放大器，外加脈沖選擇和同步脈沖泵浦方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。2015年，林學(xué)春研究團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一個(gè)85 W串脈沖光纖放大器，重頻154 kHz，單個(gè)串能量約0.5 mJ，種子源為固體調(diào)Q鎖模激光器。調(diào)Q鎖模（QML）相比連續(xù)鎖模（CWML）被證明是一種更具吸引力的串模式脈沖激光種子源的產(chǎn)生方式，因?yàn)檫@種脈沖序列極像脈沖串，可以通過(guò)固體或者光纖化的振蕩器實(shí)現(xiàn)，不需要外部聲光調(diào)制器（AOM）或者其它脈沖選擇器件。
最近幾年，針對(duì)串重頻10 kHz~1 MHz、子脈沖寬約100 ps的高平均功率、高脈沖能量脈沖串激光器的研究很熱門(mén)。這種激光器對(duì)于理解反應(yīng)與非反應(yīng)高速流體的高溫物理化學(xué)過(guò)程極其關(guān)鍵。
2017年5月，林學(xué)春團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一個(gè)緊湊的166 W串模式脈沖光纖放大器，種子源是Q鎖模的光纖振蕩器，無(wú)脈沖選擇器。這是首次基于全光纖結(jié)構(gòu)的Q鎖模激光種子源實(shí)現(xiàn)串模式脈沖光纖放大器。該結(jié)構(gòu)更加集成化、堅(jiān)固和可控。脈沖串重復(fù)頻率20 kHz，總能量8.3 mJ，持續(xù)時(shí)間大約20 μs，串內(nèi)包括800個(gè)鎖模脈沖，子脈沖重復(fù)頻率40 MHz，脈寬112 ps。泵浦功率為230 W，光光轉(zhuǎn)換效率約為74%。據(jù)已知報(bào)道，這是首次打破平均功率150 W、脈沖能量8 mJ的無(wú)任何同步脈沖選擇的脈沖串模式光纖放大器。
相關(guān)研究成果以8.3 mJ, 166 W Burst Mode Pulse Fiber Amplifier based on a Q-Switched Mode-Locked Fiber Seed Laser 為題，發(fā)表在IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics [24(3), 3100105 (2018)] 上。
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