超短脈衝激光技術獲重要進展

近期，中國科學院上海光學精密機械研究所高功率光纖激光技術實驗室研究團隊提出了一種非線性光學增益調製技術，可以將單頻連續激光轉換為高相幹飛秒脈衝。該方法是獲得波長靈活超快脈衝的全新技術手段。相關成果發表在Advanced Photonics Research。

超短脈衝(chong) 激光在基礎研究、工業(ye) 加工和光通信等廣泛領域有重大應用。獲得超短脈衝(chong) 光源的技術主要有鎖模、電光調製、光克爾效應微諧振腔等技術。與(yu) 上述傳(chuan) 統方法相比，非線性光學增益調製這種產(chan) 生飛秒脈衝(chong) 的新方法具有結構簡單，穩定可靠，光光轉換效率高，輸出脈衝(chong) 能量大等優(you) 勢。基於(yu) 此方法產(chan) 生的波長靈活的飛秒激光光源在基礎研究、生物醫療、光學精密計量等領域具有廣闊的應用前景。

在實驗演示中，1121 nm單頻連續激光與(yu) 1064 nm皮秒脈衝(chong) 泵浦激光通過波分複用器耦合進入一段拉曼增益光纖。泵浦激光器所提供皮秒量級拉曼增益，將單頻連續激光在時域內(nei) 整形為(wei) 超快脈衝(chong) ，在頻域內(nei) 通過非線性產(chan) 生新的縱模分量，最終將單根縱模調製成帶寬為(wei) 納米級的寬光譜。實驗搭建的非線性增益調製裝置可以產(chan) 生穩定且高相幹的1120 nm激光，光譜帶寬為(wei) 9.5 nm，脈衝(chong) 能量為(wei) 25.7 nJ，脈衝(chong) 寬度為(wei) 436 fs，光光轉換效率高達 69.4%。

研究人員通過基於(yu) 廣義(yi) 非線性薛定諤方程的數值仿真，進一步揭示了係統中泵浦和拉曼脈衝(chong) 的時域與(yu) 頻域演化機製。仿真結果表明，泵浦脈衝(chong) 和拉曼脈衝(chong) 之間由於(yu) 群速度失配導致的走離效應對非線性光學增益調製的光光轉換效率和輸出脈衝(chong) 壓縮極限寬度有重要影響。另外，通過增加泵浦脈衝(chong) 能量並相應優(you) 化其他係統參數，可以將輸出拉曼脈衝(chong) 能量進一步放大到μJ量級，證實了該裝置是產(chan) 生高能量飛秒脈衝(chong) 的有效方法。

圖1 (a) 非線性光學增益調製原理；(b) 實驗裝置；脈衝能量為 37 nJ時泵浦激光器的 (c) 光譜和 (d) 自相關曲線；(e) 1121 nm 單頻種子激光器的光譜。

圖2 (a) 光譜 (b) 脈衝序列 (c) 基頻頻譜(d) 自相關曲線 (e) 模擬的頻譜和 (f) 輸出脈衝形狀及啁啾。

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