科學家們(men) 在開發超寬帶白光激光源方麵取得了長足進步，這些激光源覆蓋了從(cong) 紫外到遠紅外的寬光譜。這些激光器可應用於(yu) 各種領域，如大規模成像、飛秒化學、電信、激光光譜學、傳(chuan) 感和超快科學。然而，這種追求麵臨(lin) 著挑戰，尤其是在選擇合適的非線性介質方麵。傳(chuan) 統的固體(ti) 材料雖然效率高，但在高功率峰值條件下容易造成光損傷(shang) 。氣體(ti) 介質雖然不易損壞，但普遍存在效率低和技術複雜的問題。

華南理工大學李誌遠教授的研究團隊最近采取了一項非常規舉(ju) 措，將水作為(wei) 非線性介質。水資源豐(feng) 富，價(jia) 格低廉，即使在高功率激光的作用下，水也不會(hui) 受到光學損傷(shang) 。據《Advanced Photonics Nexus》報道，水誘導的光譜展寬涉及增強的自相位調製和受激拉曼散射，從(cong) 而產(chan) 生具有435nm 10 dB帶寬的超連續白光激光，覆蓋令人印象深刻的478-913 nm範圍。

圖 1：(a) 非線性光學實驗裝置。(b) 典型 CPPLN 結構樣品表麵的顯微圖像。(c) CPPLN 樣品的高倍視圖。(d) 製作的 CPPLN 樣品。(e) LN 晶體(ti) 中 SHG 過程的相位失配曲線與(yu) CPPLN 結構的傅立葉變換光譜。(f) 水-CPPLN 模塊在 800 nm Ti:sapphire 激光照射下的照片。(g) 水-CPPLN 模塊發出的白光光斑。資料來源：洪麗(li) 紅等人，《Intense white laser of high spectral flatness via optical-damage-free water–lithium niobate module》，《Advanced Photonics Nexus》（2024）。

在進一步創新的過程中，研究人員將水與(yu) 啁啾周期極化铌酸鋰（CPPLN）晶體(ti) 結合在一起，這種晶體(ti) 以其強大的二階非線性功率而著稱。這種結合不僅(jin) 擴大了超連續白光激光的頻率範圍，還使其輸出光譜更加平坦。

圖 2：不同輸入脈衝(chong) 能量下的水後的歸一化超連續譜。資料來源：洪麗(li) 紅等人，《Intense white laser of high spectral flatness via optical-damage-free water–lithium niobate module》，《Advanced Photonics Nexus》（2024）。

據該論文的資深作者李誌遠教授介紹：級聯水-CPPLN模塊為(wei) 實現脈衝(chong) 能量強、光譜平坦度高、帶寬超寬的“三高”白光激光器提供了一條長壽命、高穩定、低成本的技術路線。

這項水-CPPLN 協作成果前景廣闊。這種超寬帶超連續光源具有0.6 mJ的脈衝(chong) 能量和超過一個(ge) 倍頻程(413-907 nm)的10 dB帶寬，在超快光譜學和高光譜成像方麵具有潛力。

圖 3：水-CPPLN 模塊在不同輸入脈衝(chong) 能量和入射光斑直徑下發出的歸一化超連續譜。資料來源：洪麗(li) 紅等人，《Intense white laser of high spectral flatness via optical-damage-free water–lithium niobate module》，《Advanced Photonics Nexus》（2024）。

圖4：(a)模擬不同輸入能量下水通過SPM的輸出光譜。(b)模擬了4 mJ泵浦脈衝(chong) 能量下40 mm長度水體(ti) 中不同位置的光譜演化。(c) 4 mJ脈衝(chong) 能量泵浦作用下水中超連續譜實驗的線性擬合過程。資料來源：洪麗(li) 紅等人，《Intense white laser of high spectral flatness via optical-damage-free water–lithium niobate module》，《Advanced Photonics Nexus》（2024）。

李誌遠教授說：它在極端光譜帶寬上以高信噪比提供了物理、化學和生物過程的高分辨率。它為(wei) 製造具有強脈衝(chong) 能量、高光譜平坦度和超寬帶寬的長壽命、高穩定性和廉價(jia) 白激光器開辟了一條有效途徑，為(wei) 科學研究和應用的新可能性鋪平了道路。

參考文獻：洪麗(li) 紅等人，《Intense white laser of high spectral flatness via optical-damage-free water–lithium niobate module》，《Advanced Photonics Nexus》（2024）。

DOI: 10.1117/1.APN.3.1.016008