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研究背景

隨著激光技術和光電子器件的飛速發展，2 μm波段激光已廣泛地應用于中紅外光源產生、生物醫療、非金屬材料加工、光通信、激光雷達等領域，是最具前景的新興激光技術之一。目前，在全光纖化的光纖激光諧振腔中，利用鎖模技術實現超短脈沖輸出，具有穩定性好、效率高、集成度高、抗干擾能力強等優點。特別是在1 μm和1.5 μm波段處，鎖模光纖激光器的輸出功率、脈沖寬度、脈沖能量、峰值功率等指標已得到充分的提升，并且飛秒鎖模光纖激光已初步進入工業實用化階段，市面上也出現大量的實用化鎖模光纖激光器產品。

相比于1 μm和1.5 μm波段，在2 μm波段處，受限于光纖器件的高工藝成本，以及單模光纖中脈沖傳輸損耗大、色散補償機制匱乏、鎖模結構設計相對困難等問題，使得鎖模光纖激光器的輸出指標并沒有達到1 μm和1.5 μm波段的水平。特別是鎖模光纖激光器的脈沖能量和脈沖寬度，其指標遠低于其他兩個波段處的鎖模光纖激光器。因此，在全光纖激光器中實現2 μm波段高能量、窄脈寬、高重復頻率、高穩定性的超短脈沖具有重要的意義。

研究亮點

針對上述問題，長春理工大學王天樞教授課題組系統地研究了全光纖諧振腔中多種2 μm高能量鎖模超短脈沖的產生及輸出特性優化方法。研究人員詳細討論了商用化超高數值孔徑光纖對2 μm常規孤子脈沖、展寬脈沖和類噪聲脈沖的產生及優化作用，可實現2 μm波段高可靠性的數百飛秒脈寬、納焦耳量級單脈沖能量超短脈沖的諧振腔直接輸出，并在此基礎上提出了一種腔外全光纖類啁啾脈沖放大結構，適用于2 μm超短脈沖脈寬精確測試。

相關研究可為2 μm鎖模光纖激光的動力學特性深入分析、智能控制、空間信息傳輸、全光高速信號處理等領域提供更可靠的高能量超短脈沖光源，為2 μm超快光纖激光的工業應用提供重要的工藝參考，對進一步推動2 μm超快光纖激光器的工業實用化進程具有重要意義。

圖1 2μm全光纖鎖模激光系統

圖2 2μm高能量展寬脈沖的產生及優化

圖3 2μm百fs類噪聲脈沖的產生及優化

該研究成果以“Observation and optimization of 2 μm mode-locked pulses in all-fiber net anomalous dispersion laser cavity”為題，發表在Opto-Electronic Advances2020年第11期。文章受到國家自然科學基金支助，論文第一作者為課題組青年教師馬萬卓博士，通信作者為王天樞教授。

以該文研究內容為基礎，課題組已初步突破基于2 μm鎖模光纖激光的高速空間光通信及全光信號處理技術，相關研究請關注后續報道。

研究團隊簡介

長春理工大學王天樞教授、馬萬卓博士課題組長期從事光纖激光器及空間激光傳輸特性的研究，研究團隊包括青年教師、博碩士研究生等在內的20余人。團隊承擔多項軍委科技委，國家自然基金等國家級、省部級科研項目，在研項目10余項。在Optics Letters、Optics Express、IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics、IEEE Photonics Technology Letters、Applied Optics等光學重要期刊上發表學術論文60余篇，授權國家發明專利20余項，2018年獲吉林省技術發明一等獎。

研究成果“2 μm寬帶可調諧光纖激光器”經第三方成果評價獲得“國內領先，國際先進”評價。課題組在2 μm超快光纖激光器方面針對全光纖飛秒激光產生及優化，高能量、高重復頻率鎖模脈沖產生等方面獲得了一系列突破。在空間激光傳輸特性研究方面開展了部分相干光在湍流信道中傳輸抑制閃爍因子的研究，在此基礎上突破了2 μm鎖模光纖激光大氣傳輸特性研究，獲得了多項研究成果。