研究背景

随着激光技术和光电子器件的飞速发展，2 μm波段激光已广泛地应用于中红外光源产生、生物医疗、非金属材料加工、光通信、激光雷达等领域，是最具前景的新兴激光技术之一。目前，在全光纤化的光纤激光谐振腔中，利用锁模技术实现超短脉冲输出，具有稳定性好、效率高、集成度高、抗干扰能力强等优点。特别是在1 μm和1.5 μm波段处，锁模光纤激光器的输出功率、脉冲宽度、脉冲能量、峰值功率等指标已得到充分的提升，并且飞秒锁模光纤激光已初步进入工业实用化阶段，市面上也出现大量的实用化锁模光纤激光器产品。

相比于1 μm和1.5 μm波段，在2 μm波段处，受限于光纤器件的高工艺成本，以及单模光纤中脉冲传输损耗大、色散补偿机制匮乏、锁模结构设计相对困难等问题，使得锁模光纤激光器的输出指标并没有达到1 μm和1.5 μm波段的水平。特别是锁模光纤激光器的脉冲能量和脉冲宽度，其指标远低于其他两个波段处的锁模光纤激光器。因此，在全光纤激光器中实现2 μm波段高能量、窄脉宽、高重复频率、高稳定性的超短脉冲具有重要的意义。

研究亮点

针对上述问题，长春理工大学王天枢教授课题组系统地研究了全光纤谐振腔中多种2 μm高能量锁模超短脉冲的产生及输出特性优化方法。研究人员详细讨论了商用化超高数值孔径光纤对2 μm常规孤子脉冲、展宽脉冲和类噪声脉冲的产生及优化作用，可实现2 μm波段高可靠性的数百飞秒脉宽、纳焦耳量级单脉冲能量超短脉冲的谐振腔直接输出，并在此基础上提出了一种腔外全光纤类啁啾脉冲放大结构，适用于2 μm超短脉冲脉宽精确测试。

相关研究可为2 μm锁模光纤激光的动力学特性深入分析、智能控制、空间信息传输、全光高速信号处理等领域提供更可靠的高能量超短脉冲光源，为2 μm超快光纤激光的工业应用提供重要的工艺参考，对进一步推动2 μm超快光纤激光器的工业实用化进程具有重要意义。

图1 2μm全光纤锁模激光系统

图2 2μm高能量展宽脉冲的产生及优化

图3 2μm百fs类噪声脉冲的产生及优化

该研究成果以“Observation and optimization of 2 μm mode-locked pulses in all-fiber net anomalous dispersion laser cavity”为题，发表在Opto-Electronic Advances2020年第11期。文章受到国家自然科学基金支助，论文第一作者为课题组青年教师马万卓博士，通信作者为王天枢教授。

以该文研究内容为基础，课题组已初步突破基于2 μm锁模光纤激光的高速空间光通信及全光信号处理技术，相关研究请关注后续报道。

研究团队简介

长春理工大学王天枢教授、马万卓博士课题组长期从事光纤激光器及空间激光传输特性的研究，研究团队包括青年教师、博硕士研究生等在内的20余人。团队承担多项军委科技委，国家自然基金等国家级、省部级科研项目，在研项目10余项。在Optics Letters、Optics Express、IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics、IEEE Photonics Technology Letters、Applied Optics等光学重要期刊上发表学术论文60余篇，授权国家发明专利20余项，2018年获吉林省技术发明一等奖。

研究成果“2 μm宽带可调谐光纤激光器”经第三方成果评价获得“国内领先，国际先进”评价。课题组在2 μm超快光纤激光器方面针对全光纤飞秒激光产生及优化，高能量、高重复频率锁模脉冲产生等方面获得了一系列突破。在空间激光传输特性研究方面开展了部分相干光在湍流信道中传输抑制闪烁因子的研究，在此基础上突破了2 μm锁模光纤激光大气传输特性研究，获得了多项研究成果。