预啁啾管理放大技术提出高增益超快光纤激光系统建造法

普通光源是向四面八方发光。要让发射的光朝一个方向传播，需要给光源装上一定的聚光装置，如汽车的车前灯和探照灯都是安装有聚光作用的反光镜，使辐射光汇集起来向一个方向射出。激光器发射的激光，天生就是朝一个方向射出，光束的发散度极小，大约只有0.001弧度，接近平行。激光的亮度与阳光之间的比值是百 万 级的，而且它是人类创造的。

近日，中国科学院物理研究所与北京凝聚态物理国家研究中心共同合，常国庆研究员提出的双通放大的预啁啾管理放大(Double-pass PCMA，DP-PCMA)技术，与西安电子科技大学合作，采用振荡器、偏振分束器及旋光器等器件，利用数十毫瓦的弱小信号仅通过结构紧凑的一级放大器就获得了平均功率大于100W，增益高达38dB的超短脉冲，优化参数补偿色散后脉冲宽度短至37fs。提供了一种结构紧凑、具有高增益的超快光纤激光系统建造方法。

啁啾的定义：光脉冲瞬时频率随时间的变化而变化。一个光脉冲的啁啾即为其瞬时频率随时间的变化而变化的特性。具体的来说，如果一个光脉冲的瞬时频率在时域上升高(或降低)，即称该脉冲具有上啁啾(或下啁啾)。在光纤通信系统中，在数据发射机中常采用直接调制的半导体激光器。这种功率调制的一个副作用是在激光二极管活性区域自己拼命干载流子浓度的变化，这会导致在时间上的相位变化，即一个具有啁啾的脉冲输出。当数据信号通过一个很长的光纤传输时，该啁啾则会产生很大的影响。这是因为光纤的色散本质上是一个频率相关的时间延迟，而这与啁啾脉冲结合后会导致信号劣化。因此，长距离的传输需要低啁啾脉冲，其可以通过连续工作的激光二极管和独立光强度调制器来实现。

振荡器是用来产生重复电子讯号(通常是正弦波或方波)的电子元件。其构成的电路叫振荡电路。能将直流电转换为具有一定频率交流电信号输出的电子电路或装置。种类很多，按振荡激励方式可分为自激振荡器、他激振荡器;按电路结构可分为阻容振荡器、电感电容振荡器、晶体振荡器、音叉振荡器等;按输出波形可分为正弦波、方波、锯齿波等振荡器。广泛用于电子工业、医疗、科学研究等方面。

偏振分束器分束器是可将一束光分成两束光或多束光的光学装置，它是大多数干涉仪的关键部分。通常是由金属膜或介质膜构成。最常见的形状是立方体，由两个三角形玻璃棱镜制成，它们使用聚酯，环氧树脂或聚氨酯类粘合剂在基体上胶合在一起。调整树脂层的厚度，使得通过一个“端口”(即，立方体的面)入射的光的(一定波长)的一半被反射，另一半由于全部内反射而被继续传输。 诸如沃拉斯顿棱镜的偏振分束器使用双折射材料，将光分成不同极化的光束。

旋光器是利用磁光材料的非互易性,即它可以将同一波长的正向入射光及反向入射光的偏振面都向同一个方向旋转同一个角度，而与光束传播方向无关。如果将一个入射光束的偏振面旋转45度的法拉第旋光器置于一对彼此呈45度正交放置的偏振器之间，构成光隔离器，它只允许正向传输的光束通过该系统，而将反向传输的光束阻断。法拉第旋光器广泛应用于各种激光系统中，如多级激光放大器、光参量振荡器、环形激光器、掺饵光纤放大器、种子注入型激光器、光开关、光调制器等。总之，一切需要避免有害反射光的场合如导致光学损伤、系统不稳定等，都需要使用法拉第旋光器或光隔离器加以解决。

光纤激光器是用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器，光纤激光器可在光纤放大器的基础上开发出来：在泵浦光的作用下光纤内极易形成高功率密度，造成激光工作物质的激光能级“粒子数反转”，当适当加入正反馈回路(构成谐振腔)便可形成激光振荡输出。

激光信号的产生需具备粒子数反转、存在光反馈和达到激光阈值三个基本条件，因此激光器是由工作物质、泵浦源和谐振腔三部分组成。光纤激光器的基本结构如下，增益光纤为产生光子的增益介质;抽运光的作用是作为外部能量使增益介质达到粒子数反转，也就是泵浦源;光学谐振腔由两个反射镜组成，作用是使光子得到反馈并在工作介质中得到放大。抽运光进入增益光纤后被吸收，进而使增益介质中能级粒子数发生反转，当谐振腔内的增益高于损耗时在两个反射镜之间便会形成激光振荡，产生激光信号输出。

光纤激光器应用范围非常广泛，包括激光光纤通讯、激光空间远距通讯、工业造船、汽车制造、激光雕刻激光打标激光切割、印刷制辊、金属非金属钻孔/切割/焊接(铜焊、淬水、包层以及深度焊接)、军事国防安全、医疗器械仪器设备、大型基础建设，作为其他激光器的泵浦源等等。

光纤激光器是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器，光纤激光器可在光纤放大器的基础上开发出出来。在泵浦光作用下光纤内很容易形成功率密度升高，造成激光工作物质的激光能级“粒子数反转”，当适当加入正反馈回路(构成谐振腔)便可形成激光振荡输出。

新闻来源：中国科学院物理研究所