超快光纤激光器 推进2 μm波段超快光纤激光迈向实用化

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封底文章|全光纤网络反常色散激光腔中2个微米锁模脉冲的观测和优化。光电adv 3，200001。

研究背景

随着激光技术和光电器件的快速发展，2微米波段激光器已广泛应用于中红外光源产生、生物医学、非金属材料加工、光通信、激光雷达等领域，是最有前途的新兴激光技术之一。目前，利用锁模技术在全光纤激光谐振腔中实现超短脉冲输出，具有稳定性好、效率高、集成度高、抗干扰能力强等优点。特别是在1微米和1.5微米波段，锁模光纤激光器的输出功率、脉宽、脉冲能量和峰值功率得到了充分的提高，飞秒锁模光纤激光器进入了工业实用阶段，市场上出现了大量实用的锁模光纤激光器。

与1微米和1.5微米波段相比，锁模光纤激光器的输出指数在2微米波段没有达到1微米和1.5微米波段的水平，这受到光纤器件加工成本高以及单模光纤中脉冲传输损耗大、缺乏色散补偿机制和锁模结构设计相对困难等问题的限制。特别是锁模光纤激光器的脉冲能量和脉冲宽度远低于其他两个波段的锁模光纤激光器。因此，在全光纤激光器中实现2微米波段高能量、窄脉宽、高重复率和高稳定性的超短脉冲具有重要意义。

研究亮点

为解决上述问题，长春理工大学王天舒教授系统研究了全光纤谐振腔中各种2微米高能锁模超短脉冲的产生和输出特性优化方法。研究人员详细讨论了商用超高数值孔径光纤对2微米常规孤子脉冲、展宽脉冲和类噪声脉冲的产生和优化，可以在2微米波段高可靠性地实现数百飞秒脉宽的超短脉冲和纳焦耳单脉冲能量的直接输出。在此基础上，提出了一种适用于精确测量2微米超短脉冲宽度的腔外全光纤啁啾脉冲放大结构。

相关研究可为深入分析2微米锁模光纤激光器的动态特性、智能控制、空之间的信息传输、全光高速信号处理等领域提供更可靠的高能超短脉冲光源，为2微米超快光纤激光器的工业应用提供重要的工艺参考，对进一步推动2微米超快光纤激光器的工业实用化进程具有重要意义。

图1 2μm全光纤锁模激光系统

图2 2微米高能展宽脉冲的产生和优化

图3 2微米100飞秒噪声脉冲的产生和优化

研究结果发表在《光电进展2020》第11期上，题目是“全光纤网络反常色散激光腔中2个微米锁模脉冲的观测和优化”。论文得到国家自然科学基金资助，论文第一作者是课题组青年教师马万卓博士，通讯作者是王天舒教授。

基于本文的研究内容，课题组在基于2微米锁模光纤激光器的高速空光通信和全光信号处理技术方面取得了初步突破。相关研究请关注后续报道。

研究团队介绍

长春理工大学王天舒教授、马万卓博士课题组长期从事空之间的光纤激光器和激光传输特性研究，研究团队包括20多名青年教师和博士生、硕士生。团队承担了军委科委、国家自然科学基金等多项国家、省部级科研项目，在研项目10余项。在《光学快报》、《光学快报》、《IEEE量子电子学选题期刊》、《IEEE光子技术快报》、《应用光学》等重要光学期刊发表学术论文60余篇，授权国家发明专利20余项。2018年获吉林省技术发明一等奖。“2微米宽带可调谐光纤激光器”的研究成果被第三方评为“国内领先、国际领先”。该研究组在全光纤飞秒激光的产生和优化以及2微米超快光纤激光器中高能量、高重复率锁模脉冲的产生等方面取得了一系列突破。在空之间的激光传输特性研究中，开展了湍流信道中部分相干光传输闪烁抑制因子的研究，并在此基础上突破了2微米锁模光纤激光器大气传输特性的研究，取得了许多研究成果。