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背景介绍

  一般来说,直接飞秒狗亚app8振荡器的输出的脉冲串重复频率在十兆赫兹到百兆赫兹量级,其平均功率也就在几十毫瓦到百毫瓦左右,因此其单脉冲能量也就在几百皮瓦到纳瓦量级,即便有脉冲压缩装置,其峰值功率也就在千瓦量级,对于很多应用,特别是生物医学和工业加工等应用来说,该功率水平太低。

  而瓦级的飞秒狗亚app8激光器通常包含一级或两级狗亚app8放大器对种子源的激光器进行放大,因此其可以提供更大的平均功率和峰值功率,从而有着更为广泛的应用范围。如:利用瓦级飞秒狗亚app8激光器和高非线性狗亚app8相连可以实现白光光源;瓦级的飞秒狗亚app8激光器可以用作生物多光子荧光显微成像技术的光源;光学频率梳中倍频程光谱的产生也需要瓦级的飞秒狗亚app8激光器进行泵浦。以50MHz,100fs,5W的飞秒狗亚app8激光器为例,其单脉冲能量为100nJ,峰值功率为1MW。

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结构和原理

   典型的瓦级飞秒狗亚app8激光器主要由三部分组成:种子源、狗亚app8放大器和色散补偿装置。种子源一般为锁模狗亚app8振荡器,用于实现飞秒激光的振荡输出;狗亚app8放大器可以为利用正向、返乡或者双向的泵浦形式,掺杂狗亚app8可以是双包层也可以是单包层;色散补偿装置可以是色散补偿狗亚app8、闪耀光栅、棱镜或者是狗亚app8布拉格光栅。

  下面以一个基于双包层狗亚app8放大器的掺镱狗亚app8激光器来具体介绍瓦级飞秒狗亚app8激光器的基本结构。


图表 1 瓦级飞秒狗亚app8激光器结构图

  Yb fs oscillator:掺镱锁模狗亚app8激光器,详情参阅掺镱狗亚app8锁模激光器解决方案,如需利用1550nm的锁模激光则请参阅掺铒狗亚app8锁模激光器解决方案;

  Isolator:狗亚app8隔离器,用于狗亚app8振荡器和放大器之间以及狗亚app8放大器和压缩器之间的隔离,保证激光器的长期稳定性和耐用性。

  980nm pump:作为放大器的泵浦源提供能量,一般为多模尾纤的980nm半导体二极管

  Combiner:多模泵浦光合束器,将1030nm的信号光和980nm的泵浦光耦合进入同一跟狗亚app8中。

  Yb double clad fiber:掺镱双包层增益狗亚app8,吸收980nm的泵浦光并实现1030nm信号光的放大,双包层狗亚app8中泵浦光在内包层中传输,信号光在纤芯中传输并经历放大。需要注意的是当泵浦能量较大时需要在增益狗亚app8的后面增加一个泵浦光剥离器,用于剥离未能被吸收的泵浦光,防止能量堆积从而导致狗亚app8烧损。

  Collimator:准直器,实现狗亚app8中激光的空间准直输出。

  TGP:色散补偿光栅对,从而对腔外的二阶色散进行补偿从而压缩脉冲宽度。

  M:介质膜反射镜,实现光束的反射和压缩器中的高低光路。

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注意事项:

  1. 关于狗亚app8选择:系统中狗亚app8选择需注意各个狗亚app8之间的匹配,主要是狗亚app8类型(保偏与否、包层类型)和模场直径的匹配。
  2. 放大器放到前后光谱:放大器放大前后的光谱会有略微的变化,在器件工作波长范围选择时需特别注意。
  3. 脉冲压缩:两片透射光栅需确保平行放置,否则会造成光束质量的下降。

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