MHz高重频亚ns短脉冲激光产生及放大技术研究

本项目提出利用高速调制器对单纵模光纤激光器输出激光进行高速调制，实现高重复频率（100MHz±2MHz 范围内可调）、短脉冲（0.5-1ns）、窄线宽(小于1GHz)激光输出的目标。通过多级光纤激光级联放大，并通过两级LD双端连续泵浦将mW脉冲激光放大到10W，保持其窄线宽、短脉宽和高光束质量（M2<2）的特性。这是以往用调Q技术和主、被动锁模技术都无法实现的。研究窄线宽、高重频、短脉宽的激光脉冲产生机理，以及连续单纵模激光高速调制的理论建模与数值模拟。研究调制过程中调制频率、脉冲宽度、脉冲形状等调制参数对调制后激光特性的影响、高重频短脉冲激光的LD连续抽运多级光纤级联放大和LD抽运双端泵浦放大，研究后级放大高功率情况下的干扰补偿和退偏补偿，提高能量抽取率。通过以上研究，建立理论模型和实验验证，实现提出的各项指标。

本项目研究了采用外调制方法并利用光纤和固体激光混合放大装置的百MHz高重频、1纳秒脉宽、单频输出激光放大系统。利用高速光强度调制器对单频光纤激光器发出的线宽为70KHz连续激光进行调制，再经过混合放大装置放大后，获得了典型值为100MHz高重频、1ns窄脉宽的激光输出，调制后脉冲激光的线宽为0.8GHz。在一级固体激光放大后输出平均功率为13W、二级固体激光放大后为32.9W，激光光束质量因子M2<1.5。系统的重复频率在10MHz-120MHz、脉宽在1-10ns范围内可调，输出中心波长从1063.85nm调谐至1064.50nm以0.05nm精度可调。实验中由于采用了光纤和固体激光组合的放大方式，从而避免了在单频窄脉宽光纤放大器中极易产生的受激散射和放大自发辐射（ASE）所导致的损伤。这种混合型的放大装置是我们的独创，在百兆赫兹重频、1ns窄脉、0.8GHz窄线宽下达到M2<1.5的高光束质量和32.9W平均功率的实验结果，至今在国内外未见类似报道。