研究人员展示首个可见波长的飞秒光纤激光器

​光纤激光器的实验装置。BD，光束倾倒；DM，分色镜；ISO/POL，偏振光隔离器；L，透镜；M，镜子；PBS，偏振分光镜；TG，透射光栅；𝜆/2，半波板；𝜆/4，四分之一波板。资料来源：《光学通讯》（2023）。doi: 10.1364/ol.492671

研究人员开发了第一种可以在电磁光谱的可见范围内产生飞秒脉冲的光纤激光器。产生超短、明亮的可见光波长脉冲的光纤激光器可用于各种生物医学应用以及材料加工等其他领域。

可见的飞秒脉冲通常是通过复杂的、本质上低效的设置获得的。尽管光纤激光器因其坚固/可靠、占地面积小、效率高、成本低和亮度高而代表了一种非常有前途的选择，但直到现在，还不可能用这种激光器直接产生持续时间为飞秒（10-15秒）的可见脉冲。

"来自加拿大拉瓦尔大学的研究小组负责人Réal Vallée说："我们展示的在可见光谱中工作的飞秒光纤激光器为一类新的可靠、高效和紧凑的超快激光器铺平了道路。

在《光学快报》上，研究人员描述了他们的新激光器，它是基于镧系掺杂的氟化物光纤。该激光器在635纳米处发出红光，实现了持续时间为168fs的压缩脉冲，峰值功率为0.73kW，重复率为137MHz。使用商用蓝色激光二极管作为能量的光学来源，或泵源，有助于使整个设计坚固、紧凑和具有成本效益。

"参与该项目的博士生Marie-Pier Lord说："只要在不久的将来能够实现更高的能量和功率，许多应用都可以从这种类型的激光中受益。"潜在的应用包括生物组织的高精度、高质量烧蚀和双光子激发显微镜。飞秒激光脉冲还允许在材料加工过程中进行冷烧蚀，这一过程可以使切割更干净[比长脉冲]，因为它不产生热效应。"

从光纤激光器中获得可见光

在光纤激光器中，掺有稀土元素的光纤充当发光介质。尽管光纤激光器是最简单、最坚固、最可靠的高亮度激光系统之一，但硅纤维的使用往往将其限制在近红外光谱区域。Vallée小组一直致力于通过使用由氟化物而不是二氧化硅制成的纤维来扩大这些激光源的光谱范围。

"我们之前专注于开发中红外光纤激光器，但最近对可见光光纤激光器产生了兴趣，"Lord说。"尽管长期以来缺乏用于此类激光器的紧凑而高效的泵浦源阻碍了它们的发展，但最近在蓝色光谱中工作的基于半导体的激光源的出现，为开发高效的可见光纤维激光器提供了关键技术。"

在展示了连续发射可见光波长的光纤激光器后，研究人员希望将这一进展扩展到超快脉冲源。由于氟化物纤维制造工艺的完善，现在有可能获得掺杂镧系元素的纤维，其特性对于开发高效的可见光光纤激光器至关重要。

 

将技术整合到一个新的激光器中

Vallée团队开发的新型脉冲光纤激光器结合了掺镧系元素的氟化物光纤和一个市售的蓝色二极管泵浦激光器。为了创造和保持脉冲输出，研究人员还必须弄清楚如何仔细管理光纤中的光偏振。

"共同作者Michel Olivier说："开发一个新波长的激光器，其中光学元件的材料特性与以前使用的不同，有时可能很棘手。

"然而，我们的实验表明，我们的激光器的性能与我们的模拟结果非常一致。这证实了该系统是行为良好的，被理解的，该系统的重要参数被正确地表征出来，并且很好地适应了脉冲激光器，特别是我们使用的光纤的特性。"

下一步，研究人员希望通过使该装置完全单片化来改进该技术，这意味着各个光纤辫子的光学元件都将直接粘合在一起。这将减少该装置的光学损耗，提高效率，并使激光器更加可靠、紧凑和坚固。他们还在研究不同的途径来提高激光器的脉冲能量、脉冲持续时间和平均功率。

参考资料

Marie-Pier Lord et al, Visible femtosecond fiber laser, Optics Letters (2023). DOI: 10.1364/OL.492671

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