中国科学院上海光学精密机械研究所----上海光机所脉冲拉曼光纤激光器研究取得进展

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超强激光科学卓越创新简报

(第一期)

2018年5月10日

上海光机所脉冲拉曼光纤激光器研究取得进展

　　近期，上海光机所冯衍研究员课题组，在脉冲拉曼光纤激光器研究中取得系列进展。课题组采用放大自发辐射源作为泵浦，实现了超稳定的锁模拉曼光纤激光输出；采用脉冲激光泵浦，实现了超快随机分布式反馈拉曼光纤激光输出；基于脉冲泵浦窄线宽拉曼光纤放大器，研制成功拉莫尔重频的589nm脉冲黄光激光器，提高钠导星亮度。

　　以光纤中受激拉曼散射效应作为增益机制的拉曼光纤激光器，其首要优势是波长灵活性。近年来，拉曼光纤激光器研究发展迅速，波长范围逐步扩大，输出功率可达数千瓦。若能获得高性能的脉冲拉曼光纤激光器，可进一步拓展其应用范围。

　　连续波泵浦的锁模拉曼光纤激光器效率、稳定性等性能远低于相应的稀土掺杂光纤激光器。作为一种非线性增益的激光器，泵浦激光器由纵模拍频等引起的时域起伏，会直接传递至激光，从而破坏拉曼光纤激光器的稳定性。课题组提出采用时域更为稳定的放大自发辐射源作为泵浦，在1.1mm波段实现了脉宽为1ps的稳定拉曼耗散孤子输出，射频谱信噪比达85dB。该研究成果发表于[Opt.Lett.42,5162(2017)]。

　　图1. 拉曼耗散孤子输出的射频谱特性

　　原文链接

　　脉冲泵浦是产生超短脉冲拉曼光纤激光的有效手段，但是脉冲泵浦需要实时反馈控制以实现泵浦脉冲与腔内激光脉冲的同步，否则将在拉曼脉冲输出中引入额外的噪声。基于此，课题组研究提出一种自同步泵浦机制。该机制利用光纤中的分布式瑞利散射反馈实现激光腔长与泵浦脉冲间隔的自匹配，实现了皮秒随机分布式反馈拉曼光纤激光输出。利用该脉冲泵浦的光纤激光结构，直接表征了随机分布式反馈，并首次对随机激光与放大自发辐射进行了详细的比较研究。该研究成果发表于[Laser Photon.Rev.12, 1700326(2018)]

图2. 皮秒脉冲泵浦下随机分布式反馈拉曼光纤激光输出与放大自发辐射的比较

　　原文链接

　　拉曼光纤激光技术可用于产生天文自适应光学系统中需要的589nm钠导星激光器。为克服地磁场对钠导星亮度的影响，需要重频约250-500kHz（拉莫尔重频，依赖于当地地磁场强度），占空比约20%的脉冲窄线宽589nm激光。课题组利用脉冲1120nm激光泵浦的窄线宽拉曼光纤放大器，获得了所需脉冲体制的1178nm激光，经过外腔谐振倍频，获得了17W的拉莫尔重频589nm钠导星激光，并成功研制了样机。该研究成果发表于[Opt. Lett. 42, 4351-4354 (2017)]。由于该激光器在远程磁场探测上的潜在应用，《激光聚焦世界》（Laser Focus World）以“Sodium guide star at Larmor frequency extends geomagnetic studies”为题进行了报导（2018年1月期）。