高稳定、重复频率可变、大功率掺铥石英基脉冲激光研究

The pulse laser at 2 μm band has prospect future in medical, defense, machining and optical communication. In this proposal we will focus on the theoretical model of the rational harmonic mode-lock (RHML) thulium-doped pulse fiber laser, and the realization of a thulium-doped pulse fiber laser based on RHML, functioning as a high stability, repetition frequency tunable and high power pulse seed sources. By proper dispersion management, the pulse width of the fiber laser can be further narrowed. We will establish the theoretical model of the 2 μm band master oscillator power amplifier (MOPA) fiber laser system, and further study the impact of the SBS effect on the laser output power. A MOPA fiber laser system at 2 μm band by pumping at 793 nm will be realized to achieve a high stability, repetition frequency tunable (20 GHz, 40 GHz) and high power (15 W) laser pulse. It has great economic and social benefits to achieve the industrialization of the 2 μm band pulse laser in free space communication and surgery.

2μm波段脉冲激光在医疗、国防、机械加工和光通信等领域都有很大的应用前景。本课题组研究建立有理数谐波锁模（RHML）的掺铥脉冲激光器的理论模型，研制出基于RHML的掺铥脉冲激光器，实现重复频率可调节，获得高稳定、重复频率可调的稳定脉冲种子源。进行适当的色散管理，进一步压窄脉冲宽度。建立2μm波段MOPA结构掺铥脉冲光纤激光系统的理论模型，研究SBS效应对输出功率的影响。建立793 nm激光泵浦下的MOPA结构全光纤激光放大实验系统，获得高稳定性、重复频率可调（20GHz,40GHz）、高平均功率（15W）的激光脉冲输出。实现2μm波段脉冲激光在空间通信、外科手术的产品化，其经济效益和社会效益将是十分巨大的。

掺铥光纤激光器能发出中红外波段的激光，尤其是2μm波段脉冲激光，在医疗、国防、机械加工和光通信等领域都有很大的应用前景。本项目围绕掺铥光纤激光器及放大器，主要研究了以下几个方面的内容：①基于RHML的主动锁模掺铥脉冲激光器的研究，发现有理数主动锁模过程中，虽然能够得到更高的锁模重复频率脉冲，但如果阶数越大，则激光脉冲越不稳定。在有理数谐波锁模过程中，如果变动调制器中的阶数、失谐量等因子，则容易引发更多的噪声。②对于激光腔内的色散问题进行了研究，对于补偿色散进行了建模与计算。通过对色散产生的因素进行分析，设计了一种基于色散补偿的掺铥光纤激光器，提出了激光色散补偿方法。③对于掺铥光纤放大器中出现的SBS效应进行了深入研究，提出了一种抑制放大过程中出现SBS效应的方法，并将此方法提交了一项发明专利。④对于2 μm 波段的掺铥光纤激光器以及MOPA系统进行了理论分析，建模、及相关实验研究。设计了一种多波长2 μm 波段掺铥激光器，通过不断调整激光器参数，能够输出4种波长，分别是2047.5nm，2047.9nm， 2048.3nm，2048.7nm。.经过四年对本项目的研究，主要获得了以下科研成果：在学术期刊和国际会议上发表论文27篇，其中SCI收录13篇，EI收录6篇，cscd核心期刊收录2篇；申请国家发明专利5项，培养硕士研究生2名。