高稳定性飞秒激光器

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所高功率光纤激光技术实验室在特殊波长的飞秒超快光纤激光器研制方向取得重要进展。该团队首次报道了一种基于色散管理、全保偏九字腔的978 nm飞秒掺镱光纤激光器。相关研究成果以Generation of 978 nm dispersion-managed solitons from a polarization-maintaining Yb-doped figure-of-9 fiber laser为题，发表在《光学快报》（Optics Letters）上。978 nm掺镱飞秒锁模光纤激光器因独特的应用价值而备受关注。然而，由于Yb3+在978 nm波长附近的吸收截面近似等于发射截面，为了在这个波长获得高性能激光输出，必须克服978 nm处的激光自吸收和1030 nm附近的放大自发辐射（ASE）等问题。此外，Yb3+在978 nm附近的增益带宽相对较窄，这进一步增加了在该波长下获得飞秒激光脉冲的难度。因此，与1 μm以上的传统掺镱锁模光纤激光器相比，实现这种978 nm的飞秒光纤激光器面临着更大挑战。针对上述问题，研究团队采用基于九字腔结构的非线性放大环镜（NALM）技术实现了978 nm处色散管理孤子的稳定输出。实验中，通过控制激光腔内各色散元件的参数有效地管理了腔内总色散，并引入滤波器来抑制1030 nm的ASE，最终获得了具有14.4 nm光谱带宽和175 fs的高相干激光脉冲。此外，激光腔由全保偏光纤器件组成，能够有效抗温度、震动等环境扰动，确保了锁模脉冲的长期稳定性。数值模拟结果表明，978 nm色散管理孤子的光谱宽度主要受限于Yb3+在相关波长附近的增益带宽。未来，可以利用非线性效应在腔外进一步展宽光谱，从而在这个特殊波长实现更窄脉宽的激光输出。该研究实现的978 nm锁模脉冲是迄今为止报道的相关波长超快光纤激光器中能够输出的最短脉冲，在水下通信和太赫兹波产生等领域具有良好的应用前景。图1.978 nm九字腔色散管理孤子光纤激光器实验装置图图2. 978 nm九字腔光纤激光器输出脉冲参数。（a）光谱，（b）脉冲序列，（c）射频谱，（d）自相关信号，（e） 腔外压缩后的频谱和（f）自相关信号。图3. 数值模拟结果。（a、b）输出色散管理孤子的光谱和时间特性；（c、d）腔内脉冲的时频演化过程。

据英国国家物理实验室（NPL）网站报道，NPL、英国空间署（UKSA）和欧洲空间局（ESA）正为未来的太空任务开发超稳定激光器和光学时钟，以改进未来的导航和计时。NPL的立方腔专利设计使光学腔的频率稳定性对振动高度不敏感，具有独特的鲁棒性，可将商业激光系统的谱线宽度从几个MHz降低到1 Hz以下。这提供了超稳定的激光器，既可作为独立的频率参考，也可作为光学原子钟的子组件。这种光学原子钟和超稳定激光技术在未来科学（基础物理学和宇宙学）、地球观测（相对论大地测量学）和导航（未来全球导航卫星系统）计划等方面具有较大应用前景。在NASA/ESA的下一代重力任务中，NPL的立方体空腔可用来测量地球重力场作为地球表面位置的函数。在极地地区，这种技术可比以前的GRACE和GOCE任务更精确地监测冰川变化。在未来NASA/ESA 2030激光干涉仪空间天线（LISA）任务中，可作为空间引力波测量的参考。注：本文摘自国外相关研究报道，文章内容不代表本网站观点和立场，仅供参考。

激光诱导击穿光谱（LIBS）是一项利用高度聚焦激光器烧蚀材料表面来测定材料化学成分的分析技术。LIBS 是用于材料验证计划中的质量控制（QC）和材料可靠性鉴别（PMI）的重要技术，尤其适用于钢铁行业。大多数手持式 LIBS 分析仪采用 1064nm 波长脉冲激光器。高能量短脉冲（纳秒）在单位面积产生的功率足以烧蚀少量材料（大约一纳克）并在样品表面产生等离子体。Thermo ScientificTM NitonTM ApolloTM手持式 LIBS 分析仪来自等离子体的光是多色的（白光），这意味着它包含多个不同的波长。白光被衍射光栅分成组分波长，其原理与白光穿过棱镜被分成各种颜色的彩虹大致相同。不同元素会发出特定波长的光，光的强度与元素浓度成正比。光谱仪可测量特定波长下发射的光子数量，并生成样品光谱。它通过测量关注元素的典型峰，并生成浓度指示结果。Thermo ScientificTM NitonTMApolloTM手持式 LIBS 分析仪用于测量每个元素的波长线的光谱仪，在机械尺寸方面必须高度稳定。鉴于铁谱中有数千条密集的发射线，必须将测量窗口保持在精确的绝对波长范围内，这对于避免附近线的干扰至关重要，否则这些干扰可能会漂移到分析窗口中，而所需线的信号会从窗口中漂移出来。如果产品不具有坚如磐石的尺寸稳定性，这种情况就会发生。光谱仪支架材料的尺寸会随温度变化而稍有变化。这会导致读数出现误差。 Thermo ScientificTM NitonTM ApolloTM手持式 LIBS 分析仪大多数手持式 LIBS 分析仪均采用 Invar-36 光谱仪支架。Invar 是一种 36% 镍铁合金，在室温至大约 230°C 的温度范围内，具有所有金属和合金中最低的热膨胀（来源：AZO 材料）。Thermo ScientificTM NitonTM ApolloTM手持式 LIBS 分析仪Invar-36 支架所用材料是大多数金属中膨胀系数随温度变化最小的材料。此外，应对光谱仪所在的整个环境进行温度控制，以免温度波动，因为轻微膨胀就可能导致读数出现误差。大多数（即使不是全部）供应商都会使用散热片来缓解外部环境温度波动。散热片质量越大，温度变化缓解效果就越好。为了更方便，散热器可采用更小尺寸和更小质量的设计。但是，相对于更稳健的设计，减小尺寸和质量通常会降低性能。Thermo ScientificTM NitonTM ApolloTM手持式 LIBS 分析仪产品特征意识到这些因素的用户几乎会首先根据性能进行投资，因为测量结果会关乎生命安全。在航空航天、汽车、石油和天然气及建筑行业，进行合金分析时，“关键任务验证”不仅仅是一个口号… … 这就是它的含义！互动福利扫描下方二维码免费下载Thermo ScientificTM NitonTMApolloTM手持式 LIBS 分析仪产品手册赛默飞世尔科技中国简介赛默飞世尔科技进入中国发展已超过35年，在中国的总部设于上海，并在北京、广州、香港、成都、沈阳、西安、南京、武汉、昆明等地设立了分公司，员工人数约为5000名。我们的产品主要包括分析仪器、实验室设备、试剂、耗材和软件等，提供实验室综合解决方案，为各行各业的客户服务。为了满足中国市场的需求，现有7家工厂分别在上海、北京、苏州和广州等地运营。我们在全国还设立了8个应用开发中心以及示范实验室，将世界级的前沿技术和产品带给中国客户，并提供应用开发与培训等多项服务；位于上海的中国创新中心，拥有100多位专业研究人员和工程师及70多项专利。创新中心专注于针对垂直市场的产品研究和开发，结合中国市场的需求和国外先进技术，研发适合中国的技术和产品；我们拥有遍布全国的维修服务网点和特别成立的中国技术培训团队，在全国有超过2600名专业人员直接为客户提供服务。我们致力于帮助客户使世界更健康、更清洁、更安全。欲了解更多信息，请登录网站：www.thermofisher.com