基于注入锁定的涡旋脉冲激光功率放大技术研究
批准号:
62105174
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
纳全鑫
依托单位:
学科分类:
激光
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
纳全鑫
中文摘要
涡旋激光由于其具有螺旋相位结构和不同轨道角动量态彼此正交的特性,使其在自由空间光通信领域有着无可替代的应用前景。但受制于可编程相位调制器的损伤阈值,难以获得兼有阶次可调和高峰值功率的涡旋脉冲激光,使其在自由空间光通信应用时无法实现远距离传输。针对这一问题,本项目开展基于注入锁定的涡旋脉冲激光功率放大技术研究,通过建立基于单晶光纤的涡旋激光功率放大理论模型,揭示涡旋激光在单晶光纤放大器中相位分布、模式纯度及放大效率的调控规律;掌握注入锁定激光器中涡旋种子对脉冲激光的横模牵引机制,突破可编程相位调制器损伤阈值的限制,研制出阶次可调的高峰值功率涡旋脉冲激光器,阶次可调范围为-10至+10阶,单脉冲能量大于4毫焦;并研究利用遗传算法预矫正涡旋种子激光技术,实现涡旋脉冲激光的模式纯度提升及混合模式的产生。通过本项目的研究,能够为涡旋脉冲激光在远距离自由空间光通信的应用提供充分的科学依据和技术储备。
英文摘要
Due to the special structural phase and the orthogonal orbital angular momentum (OAM) states, vortex beam has important applications in fields of free-space optical communication. However, limited by the damage threshold of the programmable spatial light modulator (SLM), it is very hard to achieve high energy vortex pulses with a controllable OAM state which are necessary for remote free-space optical communication. In view of the above problem, this project plans to study on power amplifier of vortex pulsed laser using injection-locking technology. By building the theoretical model based on vortex laser power amplifier with single-crystal fiber (SCF),parameters which influence the phase distribution, the purity of vortex laser mode and the gain of the amplifier are studied; The influence of the vortex seeder on the transverse mode of the slave laser is theoretically and experimentally explored. The limitation of the damage threshold of the SLM is breakthrough, thus the vortex pulsed laser with high peak power and tunable OAM state is developed. The OAM states can be changed from -10 to +10, and the energy of the single vortex laser pulse is larger than 4 mill joule. Then, the genetic algorithm (GA) is used to improve the purity of vortex pulsed laser and generate the mixed-mode vortex pulsed laser. Through the research of this project, we hope to provide necessary technical reserves for the remote free-space optical communication using vortex pulsed lasers.
涡旋激光凭借其螺旋相位结构及不同轨道角动量态的正交特性,在自由空间光通信领域展现出独特的应用潜力。然而,受限于空间光调制器的损伤阈值,脉冲激光的高峰值功率与阶旋次数可调性难以兼得,这使其在长距离传输中的应用面临挑战。针对这一问题,本项目提出了一种基于单晶光纤和注入锁定技术的创新方案,有效突破了现有的瓶颈,取得了以下主要成果:.1)构建了单晶光纤激光功率放大器的理论模型,深入分析了在功率放大过程中泵浦光结构对晶体增益分布、温度分布的影响。通过实验验证,在200 W的泵浦功率下,实现了60.4 W的单频激光输出,光束质量M²约为1.51;.2)提出了锥形波涡旋旋光束(OAM)的理论模型,对OAM集成化发射器的光场性能进行了详细分析。基于该模型,设计了可实现长距离传播的贝塞尔-高斯光束的OAM光芯片,该芯片的工作波长范围为1500至1630 nm。接着,我们利用该光芯片产生的贝塞尔光束在10.24 m处成功进行目标的旋转速度测量; .3)基于自注入锁定技术,成功实现了42 Hz的集成化超窄线宽激光器,并在自相干光通信系统中完成了400 Gbit/s的高速传输;.4)在本项目的推动下,我们进一步开展了FMCW激光雷达技术研究,提出了频率偏移架构,有效解决了高速目标实时探测中的信号混叠问题。同时,开发了傅里叶域线性度校正算法,实现了100 kHz高重复频率下的精准线性校正,具有良好的应用前景。
1.5微米集成化窄线宽多波长激光技术研究
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批准号:--
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项目类别:省市级项目
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资助金额:10.0万元
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批准年份:2025
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负责人:纳全鑫
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依托单位:
国内基金
海外基金