超快光纖激光器利用光纖為傳導(dǎo)介質(zhì)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定性好、光束模式優(yōu)良、峰值功率高以及與其他光纖系統(tǒng)兼容等優(yōu)點(diǎn)，在高速光通信、生物醫(yī)學(xué)、材料處理和精密物理測量等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。

“鎖定激光諧振腔中縱模的相位是產(chǎn)生超短脈沖的典型方法，脈沖持續(xù)時間可以達(dá)到萬億分之一秒量級。”西北工業(yè)大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授毛東介紹。

多波長同步鎖模光纖激光器結(jié)構(gòu)及原理（圖源：西工大物理學(xué)院）

“然而，對于傳統(tǒng)多波長鎖模光纖激光器而言，由于群速度色散的影響，脈沖傳輸速度與工作波長相關(guān)，導(dǎo)致不同波長的鎖模脈沖在腔內(nèi)獨(dú)立演化并周期性碰撞。做個簡單類比，多個運(yùn)動員在環(huán)形跑道上比賽時，因各自具有不同的運(yùn)動速度，經(jīng)過多次循環(huán)，其到達(dá)終點(diǎn)所需時間不同，因而無法實現(xiàn)同步運(yùn)轉(zhuǎn)。”毛東說。

因此，如何在非零色散光纖諧振腔中產(chǎn)生多波長同步鎖模孤子，是超快激光領(lǐng)域的難點(diǎn)之一。

毛東、趙建林教授研究團(tuán)隊與芬蘭阿爾托大學(xué)教授孫志培合作，在多波長同步鎖模孤子激光方面取得重要進(jìn)展，相關(guān)研究結(jié)果近日發(fā)表于《自然—通訊》。

相關(guān)成果發(fā)表在國際頂級學(xué)術(shù)期刊《Nature Communications》上（圖源：西工大物理學(xué)院）

據(jù)論文第一作者毛東介紹，他們聯(lián)合研究團(tuán)隊通過在負(fù)色散光纖諧振腔中引入光譜濾波和群延遲補(bǔ)償，成功實現(xiàn)了2至5個波長的同步鎖模激光孤子脈沖輸出，所得孤子包絡(luò)中子脈沖的重復(fù)頻率達(dá)到1.26太赫茲。

“形象地說，我們在激光器中構(gòu)建了不同的賽道，對傳輸速度大的脈沖引入較大的延遲，使之和傳輸速度小的脈沖在腔內(nèi)總傳播時間接近。當(dāng)不同波長脈沖之間群延遲差被補(bǔ)償?shù)搅愀浇鼤r，可飽和吸收效應(yīng)使腔內(nèi)脈沖自動同步，激光系統(tǒng)中損耗達(dá)到最低并形成穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)。”毛東解釋道。

研究人員進(jìn)一步基于光譜實時探測技術(shù)，詳細(xì)研究了多波長同步鎖模脈沖的形成及演化行為，發(fā)現(xiàn)多個鎖模狀態(tài)幾乎是同時建立起來的。

超快光學(xué)領(lǐng)域相關(guān)專家認(rèn)為，該研究提出了一種直接產(chǎn)生多波長超高重頻脈沖的新方法。從應(yīng)用的角度而言，這種激光器為差頻產(chǎn)生太赫茲波及非線性拉曼光譜測量提供了所需的特種脈沖光源。

作者：張行勇

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