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朱江峰 教授 博导
博士学科:超快光子学与技术
硕士学科:超强超快激光技术
工作单位:光电工程学院
通信地址:西安电子科技大学光电工程学院203信箱
电子邮箱:jfzhu@xidian.edu.cn
办公地点:西大楼
了解更多:UPL微信公众号
UPL官方网站:https://upl.xidian.edu.cn/
研究中心在高功率全固态飞秒激光的技术进展
进入21世纪后,激光技术经过不断发展,已经在精密激光加工制造、精准医疗、现代国防以及前沿科学研究等领域得到了广泛应用,也引发了人们对超快激光性能参数的不同需求,从而催生出各种不同指标以及不同种类的超快激光光源,包括钛宝石激光器、全固态激光器以及光纤激光器等。其中,全固态飞秒激光器具有非常大的优势和潜力,对于需要高平均功率、大单脉冲能量、极窄脉冲宽度的高精尖应用,比如飞秒激光微加工、高重频高次谐波产生等,具有更为明显的先天优势。
西安电子科技大学和中国科学院物理研究所合作,近年来在高功率全固态飞秒激光器研究中有很好的进展:
1. 利用Yb:KGW晶体获得了平均功率为13 W的SESAM被动锁模飞秒输出,锁模激光的光束质量M2因子约为1.1,接近衍射极限,说明热管理方面非常不错,该振荡器的输出功率主要受限于商用SESAM的质量。
2. 在Yb光纤激光器泵浦的克尔透镜锁模方面, 2018年,基于Yb:YSO晶体,得到了平均功率为2 W、脉冲宽度为95 fs的高功率克尔透镜锁模运转;2019年,利用Yb:CYA作为增益介质,获得了脉冲宽度为36 fs、平均功率为2 W的锁模结果,是目前掺镱全固态亚40 fs激光器输出的最高平均功率;2021年,基于Yb:KGW晶体,得到了重复频率2 GHz、平均功率为1.7 W、脉冲宽度为145 fs的克尔透镜锁模运转,是目前国际上输出功率最高的GHz重频克尔透镜锁模飞秒激光器。
3. 在多模LD泵浦的高功率克尔透镜锁模方面,2018年首次在国内实现双共焦谐振腔的克尔透镜锁模运转,获得了平均功率为1.5 W、脉冲宽度为68 fs的激光输出。2019年实现了平均功率6.2W的飞秒脉冲输出,对应的脉冲宽度为59 fs、峰值功率为1.85 MW,这也是当时国际上直接输出峰值功率最高的亚百飞秒掺镱激光器。2021年得到了平均功率为10.4 W、脉冲宽度为98 fs的克尔透镜锁模稳定运转,是国际上首次报道的10 W量级亚百飞秒克尔透镜锁模掺镱块材料全固态飞秒激光器。目前将全固态飞秒激光振荡器的输出平均功率提高到了28W,脉宽150 fs。
4. 在高重频全固态再生放大研究中取得了一系列进展,攻克了高功率泵浦热效应、增益窄化效应、高重频倍周期分叉等限制因素,实现了高稳定性、高光束质量的系列再生放大指标。再生腔直接输出最大平均功率65 W、最大单脉冲能量6.5 mJ,重复频率从1 kHz到1 MHz连续可调,在所有工作条件下脉冲宽度均小于200 fs,光束质量M2因子小于1.2。该激光器可广泛用于高重频高次谐波产生、精密激光微纳加工、飞秒激光医学等领域。
西安电子科技大学超快激光技术与应用研究中心的飞秒激光产品
(1)高功率全固态飞秒激光振荡器
平均功率>10 W;
脉冲宽度:100 fs;
重复频率:80 MHz。
(2)高重复频率全固态飞秒激光振荡器
平均功率>3 W;
脉冲宽度:200 fs;
重复频率:>1 GHz。
(3)高功率全固态飞秒激光再生放大器
平均功率:20 W;
脉冲宽度:180 fs;
重复频率:single shot-1 MHz。