Author Affiliations
Abstract
1 Information Materials and Intelligent Sensing Laboratory of Anhui Province, Key Laboratory of Opto-Electronic Information Acquisition and Manipulation of Ministry of Education, School of Physics and Opto-electronics Engineering, Anhui University, Hefei 230601, China
2 School of Instrument Science and Opto-electronics Engineering, Laboratory of Optical Fibers and Micro-nano Photonics, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China
3 School of Opto-electronic Engineering, Zaozhuang University, Zaozhuang 277160, China
Random lasers are a type of lasers that lack typical resonator structures, offering benefits such as easy integration, low cost, and low spatial coherence. These features make them popular for speckle-free imaging and random number generation. However, due to their high threshold and phase instability, the production of picosecond random lasers has still been a challenge. In this work, we have developed three dyes incorporating polymer optical fibers doped with various scattering nanoparticles to produce short-pulsed random fiber lasers. Notably, stable picosecond random laser emission lasting 600 ps is observed at a low pump energy of 50 µJ, indicating the gain-switching mechanism. Population inversion and gain undergo an abrupt surge as the intensity of the continuously pumped light nears the threshold level. When the intensity of the continuously pumped light reaches a specific value, the number of inversion populations in the “scattering cavity” surpasses the threshold rapidly. Simulation results based on a model that considers power-dependent gain saturation confirmed the above phenomenon. This research helps expand the understanding of the dynamics behind random medium-stimulated emission in random lasers and opens up possibilities for mode locking in these systems.
random laser polymer optical fiber gain-switched laser picosecond pulse 
Chinese Optics Letters
2024, 22(4): 040603
孙佳宁 1,2王雨雷 1,2张雨 1,2齐瑶瑶 1,2[ ... ]吕志伟 1,2
作者单位
摘要
1 河北工业大学 先进激光技术研究中心,天津 300401
2 河北省先进激光技术与装备重点实验室,天津 300401
为了减弱激光二极管端面泵浦固体激光器热效应的影响,提高激光谐振腔稳定性及改善激光器的输出特性,以激光二极管端面泵浦Er:Yb:glass/Co:MALO晶体为研究对象,采用有限元分析方法,并根据热传导理论对其进行多物理场耦合热效应分析,系统分析了非键合和键合晶体、泵浦中心波长、功率以及束腰半径对激光晶体的温度场、热应力场以及形变量的影响。结果表明:键合晶体中Co:MALO晶体不仅起到了被动调Q的作用,还起到了热沉的效果,可以有效改善晶体内部的温度分布、热应力和形变量。中心波长为940 nm的泵浦对晶体的穿透性远高于976 nm,采用940 nm的泵浦可以改善晶体的最高温度,但976 nm泵浦结构是扩散键合较安全的结构。由于增大泵浦功率会导致晶体单位面积功率密度分布的增加,热效应也会加剧,泵浦功率增大100 mW对应温度增加9 K,热应力增加1.5 MPa,热形变增加0.5 μm。减小泵浦光束半径也会导致热效应的增加,但影响相较于功率不明显。理论分析结果可为激光二极管端面泵浦铒镱共掺磷酸盐玻璃1.5 μm固体激光器减小热效应的合理优化设计提供数据理论支持。
LD端面泵浦 Er:Yb:glass/Co:MALO 调Q激光器 热效应 热应力 LD end-pumped Er:Yb:glass/Co:MALO Q-switched laser thermal effect thermal stress 
红外与激光工程
2023, 52(8): 20230349
作者单位
摘要
1 华中科技大学光学与电子信息学院, 湖北 武汉 430074
2 M.F.Stelmakh股份有限公司极地研究所, 俄罗斯 莫斯科 117342
对100 kHz运转的腔倒空薄片激光器的输出特性进行了理论和实验研究。首先建立起腔倒空薄片激光器的速率方程理论模型,模型中考虑了单位时间谐振腔中新增的自发辐射光子数,对其占总自发辐射光子数的比例进行了分析,并结合一些参数进行了仿真。进一步搭建了重复频率为100 kHz的腔倒空薄片激光器实验装置,获得了平均功率为253 W的纳秒激光脉冲输出,光光效率约为35.2%,脉冲宽度为10.4 ns,单脉冲能量为2.53 mJ,脉冲的峰值功率超过了200 kW, xy方向的光束质量M2分别为9.77和9.27。针对腔倒空调Q的动力学稳定性问题,研究了普克尔盒开关时间对输出平均功率和输出脉冲稳定性的影响,实验中观察到了倍周期分岔和确定性混沌现象,从理论上对这个现象进行了仿真分析,仿真结果可与实验结果相符。
激光器 调Q激光器 半导体抽运激光器 薄片激光器 高重复频率 脉冲动力学 
光学学报
2022, 42(9): 0914002
王瑞 1,2张钧翔 1,2盛泉 1,2付士杰 1,2[ ... ]姚建铨 1,2
作者单位
摘要
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院激光与光电子研究所, 天津 300072
2 天津大学光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
提出了一种实现全光纤中红外激光器脉冲运转的方法。利用氟化物玻璃中镝离子(Dy 3+)的2.8 μm波段的吸收截面与铒离子(Er 3+)发射截面重合的特性,将掺镝氟化物光纤作为中红外波段的可饱和吸收体,实现2.8 μm掺铒氟化物光纤激光器全光纤结构的被动调Q脉冲运转;通过在可饱和吸收体两端引入中心波长为3.1 μm的光纤光栅,解决Dy 3+上能级寿命较长所导致的高泵浦功率下Dy 3+吸收饱和、进而导致被动调Q失效的问题。基于该结构建立了2.8 μm被动调Q掺铒光纤激光器的速率方程模型,计算了可饱和吸收体的参数及其两端的谐振腔反馈条件对2.8 μm激光器的脉冲运转功率和时间特性的影响。计算结果表明,通过在可饱和吸收体两端引入光纤光栅可以加快可饱和吸收体的恢复过程,使激光器能够在高泵浦功率下保持调Q脉冲运转。
激光器 中红外激光器 被动调Q激光器 光纤可饱和吸收体 掺铒光纤激光器 
光学学报
2022, 42(10): 1014002
李永智 1,2张萌 1,2闫东钰 1,2朱光 3[ ... ]胡明列 1,2
作者单位
摘要
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院超快激光研究室, 天津 300072
2 天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
3 国科世纪激光技术(天津)有限公司, 天津 300072
通过实验验证了利用中心波长为940 nm的半导体激光器泵浦Yb∶YAG/YAG/Cr∶YAG/YAG复合晶体可获得高效率的被动调Q激光输出。研究了耦合输出镜透过率、泵浦光斑大小对基于Yb∶YAG/YAG/Cr∶YAG/YAG和Yb∶YAG/Cr∶YAG/YAG复合晶体的被动调Q激光器的输出参数的影响。当泵浦功率为17 W时,基于Yb∶YAG/YAG/Cr∶YAG/YAG复合晶体的被动调Q激光器的最大平均输出功率为7.41 W、斜率效率为57.0%、光-光效率为43.6%、脉冲宽度为4.6 ns、脉冲重复频率为25.5 kHz、脉冲能量为290.6 μJ、峰值功率为63.2 kW,与基于Yb∶YAG/Cr∶YAG/YAG复合晶体的情况相比,最大平均输出功率、脉冲能量和脉冲峰值功率分别提高了5.6%、14.7%和22.2%。同时,对比了在相同输出功率下基于两种晶体的输出激光的M2,发现在相同输出功率下,与基于Yb∶YAG/Cr∶YAG/YAG复合晶体的情况相比,基于Yb∶YAG/YAG/Cr∶YAG/YAG复合晶体的输出激光具有更低的M2。最终,通过实验结果对比得出,基于Yb∶YAG/YAG/Cr∶YAG/YAG复合晶体的被动调Q激光器具有更优的输出参数。
激光器 掺镱激光器 二极管泵浦 被动调Q激光器 固态激光器 
中国激光
2021, 48(21): 2101005
作者单位
摘要
西安电子科技大学 物理与光电工程学院,西安 710071
使用一种新型有机材料马来酸掺杂聚苯胺作为可饱和吸收体,在掺铒全光纤激光振荡器中实现稳定的调Q运转。实验中,采用双臂探测法测得该材料的调制深度和可饱和吸收强度分别为13.9%和0.336 MW/cm2,将其以薄膜三明治形式插入到光纤谐振腔中,最终获得了重复频率从33.78 kHz到87.01 kHz的范围内可调,最窄脉冲宽度为2.29 μs,最大单脉冲能量为54.64 nJ的稳定调Q脉冲输出。马来酸掺杂聚苯胺可以被认为是脉冲光纤激光器应用及其它光电器件的良好候选者。
可饱和吸收体 调Q激光 光纤激光器 有机材料 Saturable absorbers Q-switched laser Fiber laser Organic material 
光子学报
2021, 50(10): 1014004
作者单位
摘要
1 中国建筑材料科学研究总院有限公司, 北京 100024
2 建材行业特种光电材料重点实验室, 北京 100024
采用垂直腔面发射激光端面泵浦Nd∶YAG获得了高能量的1 064 nm调Q激光输出。与边发射半导体激光相比, 垂直腔面发射激光具有各向发散角相同、波长随温度漂移小等优点, 更适合用作泵浦源以产生高效率、结构紧凑的激光。泵浦能量为200 mJ时, 产生了最高45 mJ的1 064 nm激光输出, 光光转换效率达到22.5%, 激光脉宽为8 ns, 发散角为1.2 mrad。基于模拟计算优化了Nd3+掺杂浓度, 通过采用低浓度的Nd∶YAG晶体减小泵浦端面增益, 从而有效抑制了影响调Q激光能量提高的自激振荡, 为获得高能量的端面泵浦调Q激光输出提供了有效的技术手段。
垂直腔面发射激光 端面泵浦 调Q激光 自激振荡 Vertical Cavity Surface Emitting Laser(VCSEL) end pump Q-switched laser self-excited oscillation 
光学 精密工程
2020, 28(3): 558
作者单位
摘要
山东大学物理学院,晶体材料国家重点实验室, 山东 济南 250100
光波导是集成光学中的基本元件之一,构建于光波导结构上的波导激光器是一种微型激光源,近年来受到较多研究人员的关注,并有望在未来光子学系统中发挥重要的作用。激光晶体是固态激光器的主要增益介质之一。本文综述了基于激光晶体的固态波导激光器的最新研究进展,包括连续波波导激光器和脉冲波导激光器(调Q或锁模),其工作波长涵盖了从可见光到中红外的各个波段;还对波导激光研究的未来发展方向进行了展望。
激光器 光波导 波导激光 激光晶体 连续波激光 调Q激光 锁模激光 
中国激光
2020, 47(5): 0500008
作者单位
摘要
北京工业大学 激光工程研究院, 北京 100124
报道了一种Nd: YAG调Q短脉冲激光器失稳现象的理论分析及实验研究。短脉冲调Q激光器运行过程中, 会有多种因素导致其不能稳定输出符合目标值的脉冲激光, 即出现失稳现象。实验过程中发现, 输出镜处的干扰光会导致短脉冲激光器出现失稳现象。在理论基础上, 对外界干扰光对短脉冲调Q激光器输出光特性的影响进行了模拟计算, 并进行了实验验证, 分别从能量和脉宽两个特性进行讨论。结果表明: 干扰能量越大, 造成失稳现象越严重, 干扰脉冲能量为60 mJ时, 短脉冲调Q激光器输出能量损失达15%以上, 脉宽展宽至1.15倍以上; 干扰脉冲注入时间节点越靠后, 失稳现象越严重, 在短脉冲调Q激光器的泵浦末端, 即调Q开关打开前注入能量为60 mJ、脉宽为10 ns的干扰脉冲时, 短脉冲调Q激光器可输出能量损失达到80%。
短脉冲 失稳现象 调Q激光器 short pulse Nd: YAG Nd: YAG instability phenomenon Q-switched laser 
红外与激光工程
2018, 47(11): 1105005
作者单位
摘要
1 上海大学特种光纤与光接入网重点实验室,上海先进通信与数据科学研究院,上海大学特种光纤与先进通信国际合作联合实验室,上海 200444
2 华中科技大学光学与电子信息学院下一代互联网接入系统国家工程实验室,湖北 武汉 430074
本文提出了一种基于45°倾斜光纤光栅与带通滤波器的连续可调谐全光纤调Q 掺铒激光器,45°倾斜光纤光栅与其两侧的偏振控制器可以实现非线性偏振旋转效应,调Q 的产生则是因为非线性偏振旋转效应使环形腔中的激光产生强度依赖损耗从而导致脉冲压缩。在泵浦功率为655 mW 时,通过调节具有中心波长选择作用的带通滤波器,调Q 状态下可以实现光谱在1512 nm~1552 nm 范围内的连续可调,平均输出功率从0.282 mW 逐渐增加到4.884 mW,脉冲重复频率从23.7 kHz 逐渐增加到119.0 kHz。据我们所知,这是目前为止基于非线性偏振旋转效应与光谱带通滤波器实现的可调谐调Q 的光纤激光器中连续可调谐波长范围最宽的。
光纤激光器 调Q 激光器 光纤光栅 可调谐激光器 fiber laser Q-switched laser fiber grating tunable laser 
光电工程
2018, 45(10): 170741

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