基于光纤锁模和固体再生混合放大的高功率、紧凑型飞秒激光器

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61805174
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0506.激光
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Ultrafast optics is important frontiers in the fields of optics and lasers, and widely used in particle acceleration, attosecond science, micro/nano-fabrication, precision medicine, etc. Now, with the development of the laser technology, people have higher demands for output energy, repetition frequency, pulse duration, and compactness of ultrafast laser. A mechanism of hybrid fiber and solid-state amplifier system is proposed in this project to achieve high energy, high repetition rate laser output keeping miniaturization. Different from the reported all fiber or solid-state with laser amplification system, the respective advantage of optical fiber and the solid-state is combined in the project. The fiber lasers mode-locked as the front end produces a stable mode locked laser with an initial chirp. It is directly coupled into a LD pumped regenerative amplifier based on Yb:CaF2 crystal. In the regenerative amplifier, the dissipative Self-phase Modulation (SPM) effect and folded cavity structure are proposed to avoid the nonlinear chirp induced by SPM effect, and improve the compactness of regenerative amplifier further. The amplified laser pulse is recompressed by a grating compressor and achieving hundred kHz、hundred uJ、 hundred femtosecond order laser output. The applications of high- energy, and high-frequency miniaturized femtosecond laser in scientific and industrial applications will be significantly benefited from this research project.
超快激光技术是光学与激光领域的重大前沿,在粒子加速、阿秒科学、微纳加工、精准医疗等方向都有广阔的应用前景。当前,人们对超快激光的输出能量、重复频率、脉冲宽度以及紧凑性提出了更高的要求。本项目提出一种基于光纤锁模结合固体再生混合放大获得高能量高重频的小型化飞秒激光源。区别于文献报道的全光纤或者全固体激光放大的方法,该项目结合了光纤和固体两种增益介质的优势,利用紧凑的光纤锁模激光器作为前端输出,提供稳定的、带有预啁啾的种子光。利用半导体泵浦的基于Yb:CaF2晶体的固体再生放大器对种子光进行放大。再生放大器中利用耗散自相位调制效应和折叠腔结构来避免自相位调制引入非线性啁啾,进一步提高再生放大器的紧凑性。放大后的激光脉冲经过光栅压缩后实现百kHz、百微焦、百飞秒量级的激光输出。该项目研究对高能量、高重频、小型化飞秒激光器在科研和工业中的应用有重要意义。

结项摘要

飞秒激光由于具有脉冲宽度窄、峰值功率高的特点,使得飞秒激光已经广泛应用在基础研究、工业加工、以及生物医疗等众多领域。目前,实现飞秒激光输出的主要增益介质是光纤和以块状或者薄片为代表的增益晶体。基于光纤的飞秒激光器由于具有结构紧凑、无需准直、环境不敏感等优势已经得到了迅速地发展。然而,受限于光纤纤芯导致的非线性效应、材料损伤等因素,当光纤飞秒激光器输出的脉冲能量通常达到微焦量级时,脉冲的时域质量会受到严重影响。与此同时,由于其大的储能体积,使得固体放大技术非常适用于获得高脉冲能量的场合。因此,本项目将光纤飞秒激光器作为种子光,同时利用块状晶体作为放大器,结合了两种增益介质的优点,实现高质量、高能量的飞秒激光脉冲输出,同时对飞秒激光的波长进行频率变换,拓展飞秒激光的应用领域。主要对以下三个方面进行了研究:(1).基于光纤锁模和固体再生混合放大的高能量、紧凑型飞秒系统,实现输出压缩前30 μJ,60 kHz的能量输出,压缩后脉冲宽度270 fs,能量21 μJ。(2).基于非线性晶体,开展紫外及深紫外超快激光器的研究,实现了1 MHz,皮秒213 nm国际最高功率的输出。(3).基于飞秒激光器和折叠激光腔搭建超紧凑、高重频OPO激光器,实现了最高重复频率3 GHz且波长可调谐的飞秒激光脉冲输出。综上所述,本项目成功开展了一系列的理论和实践研究,为利用高能量飞秒激光器的研究与应用提供了详细和科学的研究资料。项目资助相关成果已发表在国际权威SCI期刊杂志,并申请相关专利。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Compact, 2.95-GHz repetition-rate femtosecond optical parametric oscillator with tunable pulse repetition frequency
具有可调脉冲重复频率的紧凑型 2.95GHz 重复率飞秒光参量振荡器
  • DOI:
    10.1016/j.optcom.2021.127339
  • 发表时间:
    2021-12
  • 期刊:
    Optics Communications
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Bi GenYu;Chu Yuxi;Zhang Meng;Hu Minglie
  • 通讯作者:
    Hu Minglie
Spectral filtering effect on multi-pulsing induced by chirped fiber Bragg grating in dispersion-managed mode-locked Yb-doped fiber lasers
色散管理锁模掺镱光纤激光器中啁啾光纤布拉格光栅引起的多脉冲的光谱滤波效应
  • DOI:
    10.1017/hpl.2021.34
  • 发表时间:
    2021-07
  • 期刊:
    High Power Laser Science and Engineering
  • 影响因子:
    4.8
  • 作者:
    Yan Dongyu;Liu Bowen;Zou Defeng;Guo Jie;Chu Yuxi;Song Youjian;Hu Minglie
  • 通讯作者:
    Hu Minglie
Route to stable dispersion-managed mode-locked Yb-doped fiber lasers with near-zero net cavity dispersion
具有近零净腔色散的稳定色散管理锁模掺镱光纤激光器的路线
  • DOI:
    10.1364/oe.403456
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Optics Express
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Yan Dongyu;Liu Bowen;Guo Jie;Zhang Meng;Chu Yuxi;Song Youjian;Hu Minglie
  • 通讯作者:
    Hu Minglie
Picosecond high-power 213-nm deep-ultraviolet laser generation using ß-BaB2O4 crystal
使用 ss-BaB2O4 晶体产生皮秒高功率 213 nm 深紫外激光
  • DOI:
    10.1016/j.optlastec.2020.106657
  • 发表时间:
    2021-02-01
  • 期刊:
    OPTICS AND LASER TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Chu, Yuxi;Zhang, Xudong;Hu, Minglie
  • 通讯作者:
    Hu, Minglie
Ultraviolet picosecond conversion efficiency improvement system at 355 nm based on fundamental frequency laser amplified
基于基频激光放大的355 nm紫外皮秒转换效率提升系统
  • DOI:
    10.7498/aps.68.20190876
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Acta Physica Sinica
  • 影响因子:
    1
  • 作者:
    Zhang Xu-Dong;Chu Yu-Xi;Jia Wei;Hu Ming-Lie
  • 通讯作者:
    Hu Ming-Lie

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其他文献

基于光-光同步放大的时域整形技术
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    中国激光
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    储玉喜;柴路;甘泽彪;梁晓燕;胡明列;王清月
  • 通讯作者:
    王清月

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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