近变换极限的中红外高功率全光纤超短脉冲激光技术研究

Mid-IR laser source has important applications in the field of Weapon Guidance, Infrared Jamming, Photoelectric Information Counter, Laser Medicine, Environmental Monitoring, and Industrial Processing of Special Materials. It is one of important research fields how to realize high-power near transform-limited ultrashort pulse in mid-IR regime. .The content of this project mainly includes dispersion management, nonlinear amplification, pulse self-compression, pulse dynamics, and novel mode-locking technology in Tm/Ho-doped fiber laser. The novel 2-D materials as saturable absorbers (SAs) and the technology of modified NPE mode-locking will be investigated in this project. Large-chirp high-energy pulse in Tm/Ho co-doped fiber laser and the technology of nonlinear amplification will be designed. The relative parameters of controlling the nonlinear amplification will be investigated to make the pulse to be self-compressed. Then, the technology of external-cavity dispersion management, high-order soliton effect, some special nonlinear effect will be utilized to further compress the ultrashort pulse. The research in this project will greatly enhance the theory of transform-limited pulse and the technology of mid-IR fiber laser. It also enhances the performance of the mid-IR ultrashort pulse laser, which improves the ultrashort pulse application in the field of Science and Technology, National Defense, and Civilian Use.

中红外激光光源可应用在武器制导、红外干扰、光电信息对抗、激光医疗、环境监测、特殊材料的工业加工等领域。如何实现近变换极限的中红外高功率全光纤超短脉冲激光技术，是该领域一个重要的研究方向。.本项目拟对基于掺铥、钬光纤激光器中的中红外色散管理、非线性放大、自压缩过程、脉冲动力学以及新型锁模理论和技术研究，探索新型二维材料作为可饱和吸收体，改进NPE锁模技术。设计铥、钬共掺光纤振荡器中实现大啁啾的高能量脉冲输出，正色散下的非线性放大技术。控制非线性放大的相关参数，实现脉冲在放大器中的自压缩。再利用腔外色散管理技术、高阶孤子效应、特殊非线性效应进一步压缩超短脉冲。该研究将对变换极限理论、中红外光纤激光相关技术产生新的提升，极大提高中红外超短脉冲激光的输出性能，促进超短脉冲光纤激光在科技、国防、民用领域的潜在应用。

中红外激光光源可应用在武器制导、红外干扰、光电信息对抗、激光医疗、环境监测、特殊材料的工业加工等领域。近变换极限的中红外高功率全光纤超短脉冲激光技术，是该领域一个重要的研究方向。本项目结合各类稀土掺杂光纤，特殊光纤器件，非线性无源光纤，制备优良的新型二维材料等器件，研究超短脉冲光纤激光的新型锁模理论和技术，脉冲产生机理，探索不同波段的超短脉冲产生，光学调制，光纤通讯，光学探测等领域的领用，进一步研究脉冲动力学新行为，新机理。项目开展的主要研究内容包括：（1）理论通过引入分段色散渐变补偿光纤在中红外波段实现抛物脉冲的产生，并对相关演化进行了分析和优化；（2）利用拉锥光纤和单质烯铋烯二维材料相互作用作为可饱和吸收材料，实现1微米区域耗散孤子的输出；（3）利用D型光纤和CVD生长的石墨烯相互作用在铥钬共掺光纤激光器中实现超短脉冲的输出，探索了脉冲的自压缩，得到了近变换极限的脉冲的输出特性；（4）利用无聚合物的硫化铅纳米颗粒材料分别实现1.5微米，2微米，3微米区域的超短脉冲激光的产生；（5）利用拉锥光纤的倏逝波和各种低维纳米材料作用，构成了能够承受高损伤阈值的优良可饱和吸收器件，实现了重复频率从MHz到GHz量级的高重频谐波超短脉冲；（6）通过引入色散补偿光纤等特殊器件，结合构建的优良可饱和吸收体实现了谐波孤子分子运转，高阶孤子，准锁模，调制等运转特性。该项目培养研究生15名，发表SCI、EI论文共41篇，其中1区论文8篇，2区论文18篇，新出版SCI论文1篇，3区11篇，4区1篇，中文知名期刊2篇。其中8篇SCI论文入选国际期刊的封面文章。申请相关专利5项。