华日激光超快光纤激光实验室基于NALM锁模技术,优化光学设计、电学控制与机械封装,研制出可自启动的微型飞秒和皮秒9字腔激光种子源!
超快激光技术在精密测量,航天航空,工业生产,生物医疗以及科学研究等领域有着重要的应用。
作为超快激光的核心组件,目前市面上大部分皮秒和飞秒种子源都使用半导体可饱和吸收镜( Semiconductor Saturable Absorber Mirror, SESAM)锁模。
这种基于SESAM的被动锁模方案技术成熟,自2016年起已在华日激光实现批量化生产。然而种子源内部的核心器件SESAM目前严重依赖进口,并且SESAM本身存在损伤阈值低、恢复时间长等劣势,导致皮秒和飞秒种子源输出功率偏低。
相较而言,基于非线性放大环形镜(Nonlinearamplifyingloopmirror,NALM)原理的新型全光纤振荡器无SESAM器件,具有噪声低、寿命长等优点,在低噪声脉冲放大、光学频率梳等先进激光技术与应用领域展现出巨大潜力。
(图1) (图2)
图1:全光纤9字腔结构示意图
图2:Sagnac环透射率随非线性相移量的变化
全光纤NALM激光器一般呈9字型结构,故也被称为9字腔激光器,其通过引入非线性相移和非对称分布的Sagnac环来实现锁模:如图1所示,光脉冲经过耦合器进入环行腔后,分为两个沿相反方向传输的脉冲,由于环内增益光纤位置的非对称性,导致两路光脉冲经历的非线性效应不同,两脉冲重新在耦合器处相遇并发生干涉时,各自积累的非线性相移不同,如图2所示,相位差在2π时两脉冲相干相长,相位差在π时两脉冲相干相消,Sagnac环展现出类似于可饱和吸收体的强光高透、弱光低透的光开光特性,可以实现锁模。
同时,Sagnac环具有显著的光滤波特性,对脉冲时/频域中强度较高部分高透,强度较低部分低透,可有效抑制噪声,形成稳定、低噪声的超短脉冲输出。
华日激光超快光纤激光实验室(Huaray UFLL)基于NALM锁模技术,优化光学设计、电学控制与机械封装,研制出可自启动的微型飞秒和皮秒9字腔激光种子源。
图3:飞秒种子光谱
图4:皮秒种子光谱
图5:飞秒种子源功率稳定性
激光器使用全保偏光纤方案,结合华日专利技术调教,寿命长、噪声低、稳定性高。飞秒种子源中心波长1030 nm,重复频率20-100 MHz可定制,光谱宽度>15 nm,脉宽可压缩至<100 fs,烤机功率波动RMS <0.3%,相对强度噪声RIN <-150 dBc/Hz @100 kHz;皮秒种子源中心波长1064 nm, 重复频率20-100 MHz可定制, 光谱宽度<0.6 nm,脉冲宽度10 ps。
以上技术突破,对华日激光超快激光产品线来说,可谓突破性创新,华日激光在超快激光器技术领域,已进入国际领先水平。