新型光纤激光器实现超20nJ脉冲!
【研究背景】超快光纤激光器是一种高性能的激光系统,因其在材料加工、生物技术、医学、国防和光学计量等领域的广泛应用而备受关注。与传统的激光系统相比,光纤激光器具有体积小、能量效率高、成本低等优点。然而,标准光纤中生成的孤立波通常能量较低,这限制了其在高能量脉冲生成方面的潜力。因此,如何在保持脉冲质量的同时,提升激光器的输出能量,成为了当前研究中的一个重要挑战。为了解决这一问题,法国国家科学研究中心Mostafa I. Mohamed, Aurélien Coillet & Philippe Grelu在三个人携手在超快光纤激光器的设计上取得了新进展。该团队提出了一种新的腔体设计,通过增强关键耗散效应和控制频率啁啾,成功实现了在仅使用具有异常色散的标准光纤组件的情况下生成高能脉冲。通过优化腔内动力学,该研究实现了将传统孤立波与耗散孤立波特征的结合,从而在较低频率啁啾的条件下生成高能钟形脉冲。这种新型激光器的输出不仅具备较高的能量,还显示出更强的灵活性,为未来激光器的多种应用提供了新的可能性。【仪器亮点】本文通过光纤激光的非线性效应和增益介质的相互作用,首次研发了一种新型激光器。这种激光器基于高掺铒光纤(EDF)的特性,特别是在1535-1590 nm波段内的异常色散和高增益特性,采用1480 nm的拉曼光纤激光器作为泵浦源,从而实现了对光脉冲的高效生成与调制。通过对光纤长度和增益特性的优化,本文成功地开发了激光器,能够表征和产生超过20 nJ的脉冲能量。针对脉冲光谱的精确分析,本文采用了频率分辨光学门控技术(FROG)和时间拉伸色散傅里叶变换(DFT)等多种表征手段。这些技术的应用使得作者能够实时监测和分析输出脉冲的时域与频域特性,揭示了在非线性偏振演化(NPE)过程中,脉冲宽度和光谱带宽的调节机制。同时,实验结果表明,基于所研发的激光器,可以高效提取超过90%的腔内功率,为实际应用提供了稳定的激光输出。此外,本文还通过对激光器输出的多种表征手段,深入探讨了脉冲在光纤内的传播特性及其对非线性效应的影响。作者获得了脉冲在光纤中以近真空孤子形式传播的证据,进而挖掘了在低能量区域内的孤子传播现象。这一发现为后续研究提供了重要的实验依据,并指明了未来在光纤激光领域中的研究方向。能量管理孤立波光纤激光器参考文献:Mohamed, M.I., Coillet, A. & Grelu, P. Energy-managed soliton fiber laser. Nat Commun 15, 8875 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-52954-7