大能量全固态皮秒激光器

本项目将结合半导体泵浦技术，利用半导体可饱和吸收体实现高稳定性的全固态锁模振荡皮秒种子源，再经过再生放大级、多程多级预放大级及功率放大级最终实现用于卫星测距的波长532nm、能量10mJ、频率1kHz的全固态皮秒激光器。. 本项目在研究SESAM锁模理论机制、电光选单及其电源技术、皮秒电源及同步控制系统技术的基础上，将探索激光晶体、非线性晶体的性质和热效应问题及鬼点问题，解决激光器的有效散热问题及晶体损伤问题；优化激光器谐振腔的光学设计；提供防止自激技术及监测技术；揭示系统低噪声、低直流分量及能量的一致性小偏差的关键技术；提出皮秒再生放大器和多程功率放大器高增益及长期稳定技术；控制高光束质量，实现大功率工作模式下，小巧的、稳定的机械结构设计，为半导体泵浦的大能量全固态皮秒激光器的研究奠定基础。. 同时该激光器可以用于受控核聚变、等离子体物理学、光谱学及非线性光学等。

全固态皮秒激光器具有脉冲宽度短、峰值功率高等优点，在工业、科研、国防和国家重大科学工程中发挥着重要作用。针对卫星激光测距对光源的需求，在国家自然科学基金的支持下，中国科学院光电研究院与北京大学、中国科学院国家天文台等单位合作，自2010年起开展了大能量全固态皮秒激光器各项关键技术攻关、样机研制与应用工作，研制完成了大能量高稳定性全固态绿光皮秒激光器样机一台，实现精度毫米级的卫星激光测距效果。.项目组针对项目目标与发展需求，结合各合作单位工作基础与特色，对项目研究内容进行了有机分解，其中光电研究院负责大能量全固态皮秒激光器关键技术攻关与工程样机研制，北京大学开展新一代超短脉冲光纤激光技术研究，国家天文台承担了激光器卫星测距实验系统的组装、调试和维护工作，并由国科激光公司进行样机产品化工作。.经过三年的合作与努力，项目组在千赫兹皮秒激光、光纤皮秒/飞秒激光、千赫兹皮秒激光卫星测距方面取得了以下成果：.(1) 建立了基于速率方程的激光被动锁模及放大数学模型，解决SESAM定时分档换位、高质量电光开关、高精度触发控制等关键技术，改善了皮秒激光器脉冲质量与时序精度，将稳定工作时间增至1年以上；.(2) 研制了大能量kHz双波长全固态皮秒激光器，其主要技术指标如下：激光波长：1064nm/532nm；单脉冲能量：20.13mJ(1064nm)/10.2mJ(532nm)；直流分量比：<5.51%；光束质量：M2x=1.88，M2y=1.63；光束直径：5mm(532nm)；脉冲峰值功率一致性偏差：<1.4%；功率漂移：≤2.91% (1小时以内)；.(3) 开展了高精度激光卫星测距实验，地靶测量精度约为5mm，单颗卫星的测量精度达到10.6mm，连续三个月观测数据总量居于国际第二名，LAGEOS、Ajisai等典型卫星观测数据量名列国际前三名。结果表明，该激光器完全能够满足激光测距应用中的技术要求；.(4) 初步完成成果的工业产品转化，由国科激光公司推出了kHz、2mJ测距皮秒激光器产品；.(5) 开展了新型半导体可饱和吸收体设计、制作工作及光纤超短脉冲激光的研究，结合非线性偏振旋转锁模与色散补偿机制，实现20MHz、137fs的飞秒脉冲输出，脉冲能量3.1μJ；.(6) 项目组共发表学术文章22篇，申请国家发明专利5项。