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 高功率超短脉冲的同步研究# 丁晶新，杨康文，李文雪** （华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室，上海 200062） 5 10 15 20 25 30 35 摘要：采用交叉相位调制和交叉吸收调制的方法实现了掺铒光纤激光器、掺镱光纤激光器和 钛宝石激光器超短脉冲的精确被动同步，掺镱光纤激光器与钛宝石激光器同步后，输出重复 频率 20 MHz，脉冲宽度 280 ps 的激光脉冲，同步抖动 20 ps。实验比较三种被动同步方法， 获得了 800 nm，1030 nm，1560 nm 三色同步超短激光脉冲。 关键词：超短脉冲激光；主振荡功率放大；被动锁模光纤激光器 中图分类号：O439 High-average-power fiber laser synchronization and amplification DING Jingxin, YANG Kangwen, LI Wenxue (East China Normal University, State Key Laboratory of Precision Spectroscopy, ShangHai 200062) Abstract: Precise passive synchronization between a erbium-doped fiber laser, a ytterbium-doped fiber laser and a Ti:sapphire femtosecond laser was demonstrated via cross phase and enhanced cross-absorption modulation methods. The output pulses of synchronized ytterbium-doped fiber laser have a timing jitter of 20 ps with the repetition rate of 20 MHz and pulse width of 280 ps. Keywords: Ultrashort laser pulse; master oscillator power amplifier; mode-locked fiber laser 0 引言 高功率精确同步的超短脉冲在许多研究领域具有广泛的应用，如太赫兹的产生，泵浦指 针探测技术，光学频率发生器，相干反斯托克斯拉曼散射成像仪等[1]。近年来，超短脉冲精 确同步的研究热点集中在提高不同波长锁模激光器同步的精度和稳定性。超快技术快速发 展，各种同步方法层出不穷，大体可以分为主动式和被动式。被动式同步的方法一般基于介 质中的各种非线性效应，具有结构简单，同步精度高的优点。其中，应用最早、技术最成熟 的交叉相位调制在实现全光纤结构的超快激光器的同步上具有显著优势[2]。然而，交叉吸收 调制对腔内锁模状态、脉冲峰值功率非常敏感，导致采用该方法同步的不同激光器失匹长度 很短，降低了同步激光脉冲的稳定性。对于工作在低重复频率的长腔光纤激光器的同步，交 叉吸收调制提供了一种更有效的同步方式。这种方法在掺镱光纤激光器中加入一截掺铒光 纤，作为可饱和吸收介质，改变注入光功率，引起腔内折射率的变化，能获得比交叉相位调 制长得多的失匹长度，同时，腔内折射率的改变还会引起光纤激光器非线性偏振旋转锁模状 态的改变，进而改变光纤激光器输出纳秒方波的脉冲宽度。在我们已经开展的实验中，采用 交叉吸收调制，将重复频率 240 kHz 的钛宝石激光器注入到掺镱光纤激光器，实现飞秒脉冲 和纳秒方波的同步，获得了 8 cm 的失匹长度，纳秒方波的脉冲宽度随注入光功率改变，在 2-10 ns 内可调[3]。随着高功率半导体激光器和双包层光子晶体光纤技术的发展[4]，高重复频 率高功率的同步超短脉冲技术日益成熟。我们还发展了光谱部分放大技术，对钛宝石输出近 基金项目：教育部科技发展中心的高等学校博士学科点专项科研基金项目（20090076120004）；上海市教 育委员会、上海市教育发展基金会“晨光计划”项目（09CG18） 作者简介：丁晶新，（1957-），男，高级工程师，主要从事超快激光器的研究。 通信联系人：李文雪，（1980-），女，副研究员，主要从事高功率光纤激光器及超短脉冲时频域精密控制 的研究。E-mail: wxli@phy.ecnu.edu.cn -1-  40 45 50 55 60  红外光谱部分进行功率放大，获得了平均功率 262 W，同步抖动 27 fs 的高功率近红外同步 超短脉冲[5]。 在这篇文章中，采用交叉相位调制和交叉吸收调制的方法，在掺镱光纤激光器中掺入可 饱和吸收介质掺铒光纤，在光纤激