德研究员利用三级光纤放大输出270Kw皮

德国汉诺威激光中心利用增益开关激光二极管作为种子和全光纤放大器系统，获得了目前最高的脉冲能量输出：峰值功率为 270kW，重复频率为1MHz。［1］尽管有其他的研究小组利用全光纤技术对亚100ps 增益开关激光二极管的输出进行放大，但是获得的典型输出功率为几百瓦、重复频率为几十兆赫兹。此外，以前的研究并没有仔细考虑光纤放大器带来的自发辐射噪声，其将影响信号放大效率并且会引入一个连续的背景噪声。

三级光纤放大

在三级光纤掺镱光纤放大器装置中，包含一台由德国 PicoQuant 公司提供的光纤耦合输出低功率增益开关激光二极管（20μW、1MHz；如图） 。种子激光输出波长为 1040nm，脉宽为 7ps，带宽为 20nm。通过调节驱动电路，可以将脉冲重复频率控制在 1.25kHz~80MHz 之间。为了降低非线性效应，比如受激拉曼散射和自相位调制，该装置中采用最大芯径光纤，以降低光功率密度同时保持单模传输。

第一级和第二级放大使用单一泵浦激光二极管，而第三级放大则使用了三个组合泵浦激光二极管。在第一级放大器中，平均功率为 600mW 的976nm 泵浦激光二极管和种子激光源通过波分复用器连接到 60cm 长、模场直径为 4.4μm 的单包层掺镱光纤中。第一级放大的输出和第二个泵浦激光二极管通过波分复用器组合后，再利用一个自制的模场匹配器耦合到 80cm 长、模场直径为 10μm的掺镱光纤中，其中模场匹配器保证了 4.4μm 到 10μm 模场直径之间的高效耦合。第三级放大器中的三个泵浦激光二极管通过一个多模泵浦合束器进行并束，然后再通过一个模场匹配器耦合到一个 2.5m 长的双包层大模场面积（模场直径为 0μm）掺镱光纤中。

通过降低非线性效应以及优化信噪比，在 1MHz 重复频率下，第一级和第二级输出的平均功率为 4mW 和90.5mW，而且 90.5mW 输出时没有观测到光谱变形。通过增加输入脉冲能量记录第三级的输出。最高的输出能量为 1 μJ，这对应于 14.9W的平均功率、88% 的信噪比和 270kW 的峰值功率，这是目前获得的基于光纤放大增益开关激光二极管的最高输出。汉诺威激光中心的Sebastian Kanzelmeyer表示：“研制全光纤亚 100ps 激光的目的是为了获得紧凑、稳定的多用途光源以用于微机械加工领域，比如雕刻应用和太阳能电池加工应用。亚 100ps 激光因其光源的多功能性和精确的微加工效果而极具发展前景。我们研制的激光系统已经成功用于材料加工领域。 ”

作者：Gail Overton）

参考文献：

1. S. Kanzelmeyer et al.， Opt. Exp.， 19， ，1854–1859 （Jan. 1， 2011）.