蒋沛恒; 史朝督; 付士杰; 田浩; 盛泉; 史伟; 沈琪皓; 周鼎富; 姚建铨

doi:10.7498/aps.74.20241371

摘要

报道了基于种子脉冲预整形实现的百微焦1550 nm线偏振脉冲单频光纤激光器. 通过设计三角形脉冲种子波形, 优化其前沿上升趋势及低强度持续时间, 缓解脉冲激光在放大过程中因增益饱和效应引起的脉冲宽度压缩、激光峰值功率快速增长问题, 实现高能量脉冲单频激光放大. 实验中基于优化设计的脉冲种子波形, 在纤芯直径为12 μm的铒镱共掺光纤中, 实现了脉冲宽度608 ns、能量130 μJ、光谱线宽542 kHz的1550 nm线偏振脉冲单频激光输出.

关键词:

Abstract

Stimulated Brillouin scattering (SBS) is the major barrier in the process of energy scaling for pulsed single-frequency fiber master oscillator power amplifier (MOPA). Due to gain saturation effect, the laser pulse profile will be gradually distorted with the increase of pump power, which induces steep leading edge and narrower width for the amplified pulses. The resulting laser peak power would increase rapidly and thus the SBS threshold is reached earlier to limit the amplification of pulse energy.A method to obtain high-energy pulsed single-frequency laser by pulse pre-shaping is demonstrated in this work. By designing the leading edge of the triangular pulse, optimizing its rising trend and the duration of the low-intensity rising part, the pulse width compression phenomenon caused by gain saturation is alleviated effectively. Thereafter, the laser peak power increase process can be retarded to reach the SBS threshold so that higher energy can be amplified for the pulsed single-frequency fiber laser. In the experiment, when the seed pulse is optimized to be a triangular pulse with a low-intensity rising edge of 401 ns and a pulse width of 520 ns, a linear-polarized pulse single-frequency fiber laser of 130.9 μJ is obtained in a 12-μm-core Er/Yb co-doped polarization-maintaining fiber. The pulse width is broadened to 608 ns at the maximum energy. When it is compared with the triangular pulse seed with a rapidly rising leading edge, its maximum energy is increased by about 25%. The optical signal-to-noise ratio and polarization extinction ratio are measured to be 42 dB and 16 dB at the maximum pulse energy, respectively. The corresponding spectral linewidth measured by a delayed self-heterodyne system is 542 kHz. Higher pulse energy can be anticipated by further optimizing the pulse profile and using large-mode-are gain fibers.

Keywords:

作者及机构信息

1.

2.

3.

通信作者: 付士杰, shijie_fu@tju.edu.cn ; 史伟, shiwei@tju.edu.cn ;

基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 62375201, 62275190, 62105240)、天津市自然科学基金(批准号: 23JCQNJC01740)、天津大学自主创新基金(批准号: 2023XPD-0020)、中国兵器工业集团有限公司激光器件技术重点实验室开放基金(批准号: QT23120019)、泰山产业领军人才项目(批准号: tscx202312163)和光电信息技术教育重点实验室(天津大学)开放基金(批准号: 2024KFKT007)资助的课题.

Authors and contacts

1.

2.

3.

Corresponding author: FU Shijie, shijie_fu@tju.edu.cn ; SHI Wei, shiwei@tju.edu.cn ;

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 62375201, 62275190, 62105240), the National Natural Science Foundation of Tianjin, China (Grant No. 23JCQNJC01740), the Seed Foundation of Tianjin University, China (Grant No. 2023XPD-0020), the Open Foundation of Key Laboratory of Laser Devices and Technology of China North Industries Group Co., LTD (Grant No. QT23120019), the Taishan Industry Leading Talent Project, China (Grant No. tscx202312163), and the Open Foundation of Key laboratory of Opto-electronic Information Technology, Ministry of Education (Tianjin University), China (Grant No. 2024KFKT007).

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