用于超短脉冲激光产生与放大的特种有源玻璃光纤研究

以研究用于超短脉冲激光产生与放大的新型氟磷酸盐玻璃光纤材料与器件所涉及的新原理、新技术及新工艺等基础问题为目标。针对石英玻璃光纤增益带宽窄、增益系数低和非线性系数高的缺点，着重研究基质玻璃组成和氟氧比对稀土离子光谱展宽、能量传递、跃迁等物理过程的影响规律，对氟磷酸玻璃光纤纤芯材料的组成进行设计和优化，以期获得宽增益带宽、高增益系数和低非线性系数的新型纤芯材料。研究高温玻璃熔体及冷却过程中组分偏聚的机理和光纤表面与界面微纳尺度缺陷形成的机理，探索按需调控光纤性能的技术和方法；研究和评估掺稀土掺杂氟磷酸盐玻璃光纤实现更短脉冲和更高平均功率激光输出的可行性，探索基于稀土离子掺杂氟磷酸盐玻璃光纤制作超短脉冲光纤激光器的基础科学方法。本项目的研究和探索将有助于加深人们对稀土离子发光等物理问题的理解，促进稀土离子掺杂玻璃光纤材料与器件技术的发展，为相关高新技术产业提供理论基础和技术支撑。

超高重复频率光纤激光是目前超短脉冲光纤激光研究的热点和重要方向之一，在新一代相干光通信、天文光学和光钟研究中具有重要的应用前景。本项目针对石英玻璃光纤增益带宽窄、增益系数低和非线性系数高的缺点，研究了基质玻璃组成和氟氧比对稀土离子光谱展宽、能量传递、跃迁等物理过程的影响规律，通过对氟磷酸玻璃光纤纤芯材料的组成进行设计和优化，拉制出了氟磷酸盐玻璃光纤和磷酸盐玻璃光纤，在1.0μm波段，光纤的增益系数达到10dB/cm，在1.5μm波段，光纤的增益系数达到12dB/cm,这两类光纤是目前已知最高增益系数光纤。基于这两种玻璃光纤进行了超短脉冲激光实验研究。在1.0μm波段，采用线性腔结构，实现了重复频率3GHz、脉宽206fs的激光输出，这是到目前为止，在1.0μm波段基模锁模实现的最高重复频率；在1.5μm波段，利用环形腔结构和非线性偏振旋转锁模技术，实现了重复频率500MHz、脉宽78fs的激光输出，这是目前1.5μm波段环形腔锁模的最高重复频率。本项目研制的超高重复频率光纤激光器已经用于更小体积新一代光频梳的研制，为光频梳的实用化奠定了技术基础。