解锁可见飞秒光纤振荡器:激光科学的进步
发布时间：2024-03-28 07:00:06 阅读数： 142
可见光飞秒光纤振荡器和放大器(原理图;插图、照片)。来源:邹杰、阮泉等
超快激光脉冲产生的出现，标志着激光科学的一个重要里程碑，引发了广泛学科的惊人进步，包括工业应用，能源技术，生命科学等。在已开发的各种激光平台中，光纤飞秒振荡器以其紧凑的设计、优异的性能和高性价比成为飞秒脉冲产生的主流技术之一。
然而，它们的工作波长主要局限于红外区域，跨度为0.9-3.5 μm，这反过来又限制了它们在需要可见光波长(390-780 nm)光源的众多应用中的适用性。将紧凑的飞秒光纤振荡器扩展到新的可见波长一直是激光科学中具有挑战性但又热切追求的目标。
目前，大多数可见光纤激光器采用掺稀土氟化物光纤，如Pr3+作为有效增益介质。近年来，波长可调、大功率、调q和锁模可见光纤激光器的研究取得了显著进展。
然而，尽管在近红外领域取得了重大进展，但在可见光光纤激光器中实现飞秒锁模仍然是一项非常具有挑战性的任务。这一挑战是由于可见光波段超快光学元件的不发达，高性能可见光调制器的有限可用性，以及可见光光纤激光腔中遇到的极其正常的色散。近红外飞秒锁模光纤振荡器采用偏相非线性放大环镜(PB-NALM)。PB-NALM消除了长腔内光纤积累相移的需要。
这一创新不仅促进了调谐灵活性和长寿命操作，而且还提供了在更大的参数空间内从正常到异常色散状态管理腔内色散的机会。因此，有望催化可见光光纤激光器飞秒直接锁模的突破，推动光纤飞秒振荡器进入可见光波段。
可见光飞秒光纤振荡器的典型特性。(a)锁模和连续波操作的光谱。(b)脉冲序列的示波器轨迹(插图:示波器轨迹截图)。(c)输出脉冲的自相关迹线。(d)基频射频频谱(插图:宽带射频频谱;3ghz跨度)。来源:邹杰、阮泉等
厦门大学福建省超快激光技术与应用重点实验室的研究人员最近开发了一种可见光锁模飞秒光纤振荡器和放大器，据《Advanced Photonics Nexus》报道。光纤飞秒振荡器，发射红光635纳米，采用数字9腔结构。它采用双包层Pr3+掺杂氟化物光纤作为可见增益介质，采用可见波长PB-NALM进行锁模，并采用一对定制的高效高槽密度衍射光栅进行色散管理。由PB-NALM建立的自启动锁模直接产生脉冲持续时间为199 fs、重复频率为53.957 MHz的红色激光脉冲。
精确控制光栅对间距可以将脉冲状态从耗散或拉伸脉冲孤子转换为常规孤子。此外，与振荡器一起构建的啁啾脉冲放大系统极大地提高了激光器的性能，导致平均输出功率超过1 W，脉冲能量为19.55 nJ，解码脉冲持续时间为230 fs。
厦门大学电子工程系主任罗正干教授说:“我们的研究结果代表了向覆盖可见光谱区域的高功率飞秒光纤激光器迈出的具体一步，并可能在工业加工、生物医学和科学研究中具有重要应用。”
作者预计，他们的高性能可见光飞秒光纤激光器产生方案将为可见光飞秒光纤激光器在特殊材料精密加工、生物医学、水下探测、光学原子钟等领域的应用奠定基础。
