用于宽带扫频黄光倍频泵浦的高功率FDML光纤拉曼激光技术研究

High-power Fourier-domain mode-locked (FDML) raman fiber laser operating at 1.12-1.16μm is a key pumping source for yellow-light generation, which has great potential in many applications, such as biomedicine, information optics, remote sensing and lidar. However, the output power of FDML laser is mainly limited by the factors including strong reaction between fiber nonlinearity and dispersion in a long resonant cavity, low power tolorence of wavelength-sweeping filter. This project proposed a 1.12μm-1.16μm high-power FDML raman fiber MOPA laser. In the project, high-power amplification technology of FDML fiber laser will be studied, especially broad flat gain realization, efficiency enhancement, fiber nonlinearity and dispersion reduction, and applications in frequency doubling. The kinetic theory of high-power amplification of FDML fiber laser and the evalution of wavelength-swept characteristics will be researched. Finally, a 1.12μm-1.16μm high-power FDML raman fiber MOPA laser will be demonstrated.

高功率1.12-1.16μm波段傅里叶域锁模(FDML)光纤拉曼激光可以作为黄光倍频的重要基频光源，在生物医学、信息光学、大气遥感和激光雷达等军民领域有着重大的应用前景。长谐振腔中的强光纤非线性和色散相互作用，以及扫频器件的耐受功率低是限制高功率FDML光纤激光输出的主要因素。本课题提出了一种MOPA结构的1.12μm-1.16μm波段的高功率FDML光纤拉曼激光器设计，并围绕实现宽带平坦拉曼增益、提高转换效率、降低光纤非线性和色散以及倍频应用等方面，展开FDML光纤激光的高功率放大技术研究。掌握FDML光纤激光在高功率放大器中的动力学过程，以及扫频特性的放大过程演化机理，最后完成高功率1.12μm-1.16μm波段FDML光纤拉曼激光器实验系统的设计搭建。

具有高重频、宽扫频范围的傅立叶域锁模激光技术在快速光学频域成像、生物化学光谱学以及光学传感遥感等领域均具有重要的应用价值。而对于一些特定应用场景，新谱段的扫频激光具备优于其他波段使用特性，如黄光波段在生物检测领域的特性。高功率的扫频激光是通过频率转换实现新波段扫频激光的高质量基频光源。本课题重点开展高功率的FDML激光产生技术研究，首先是完成了FDML激光产生的动力学分析，并完成验证实验，实现了扫频带宽39.7nm、重频10.34kHz的FDML激光输出，基本掌握FDML激光的线宽、光谱结构和功率分布特性，为今后进一步开展光谱性能优化提供技术支撑。其次，建立了复杂时频域特性激光在MOPA结构中的输出特性分析模型，得到了放大后光谱展宽过程主要由输入瞬时线宽和瞬时光谱形态决定的结论，且展宽受到FDML激光器的扫频重频的影响很小。该理论可以分析FDML的放大过程，同时对kW级高功率MOPA激光的线宽控制提供理论支撑。另外，本课题还对宽带激光的倍频参数进行初步分析，评估了基于准相位匹配的1.12~1.16μm倍频条件。通过本课题的研究，对今后高功率光纤激光MOPA频谱调控、新波段扫频激光技术研究提供了一定的技术支持。