大負色散耗散孤子光纖雷射器研究取得進展

2020-12-06 科學網

 

近期,中國科學院上海光學精密機械研究所高功率光纖雷射技術實驗室在大負色散耗散孤子光纖雷射器方向的研究取得了新進展。通過一種九字形光纖雷射器結合啁啾光纖光柵獲得了工作在大負色散區域耗散孤子脈衝,並通過數值仿真揭示了大負色散耗散孤子的工作機制,相關成果發表於「Optics Letters」。

耗散孤子光纖雷射器已被證實是一種獲得高單脈衝能量、高峰值功率的超快雷射脈衝的有效手段。到目前為止,大多數報導的耗散孤子光纖雷射器工作在正色散區域。因此,是否能在大負色散區域獲得高性能的耗散孤子是一個值得深入研究的課題。

在該項研究中,研究人員實驗搭建了一個九字形光纖雷射器,該雷射器是一種新型的非線性放大環形鏡鎖模光纖雷射器,具有全保偏結構,腔內插入了一個不可逆的移相器器以促進鎖模操作的自啟動。由於普通單模光纖在1 μm波段呈現正色散特性,所以研究者在九字腔的單臂結構中加入了一個啁啾光纖光柵,使得腔內的總色散處於大負色散區域。通過調節泵浦功率,可以獲得單脈衝能量為3.5 nJ,脈衝寬度為7.9 ps,重複頻率為26.4 MHz的耗散孤子輸出。與傳統正色散耗散孤子不同,該報導的大負色散耗散孤子的光譜呈現雙曲正割形狀,並且半高全寬僅為0.17 nm。

隨後研究人員又通過基於金茲堡-朗道方程和分步傅立葉法的數值模擬,清楚地表明大負色散耗散孤子形成機制中伴隨著三種不同的「呼吸」作用,分別為時域呼吸,頻域呼吸與啁啾呼吸。其中,與正色散耗散孤子相比,啁啾呼吸是該報導的大負色散耗散孤子的特有機制。由於這種啁啾呼吸機制的存在,輸出的脈衝光譜寬度才能保持在較窄的0.17 nm。這種具有窄光譜特性、小於10 ps脈衝寬度的耗散孤子雷射器同時兼具了耐高低溫變化、易自啟動、小型化、成本低等特點,是後續超快脈衝固體放大的理想光纖種子源。可以為微納加工、精密硬脆材料加工等應用方向提供優質的解決方案。

該項研究獲得了國家自然科學基金的支持。(來源:中國科學院上海光學精密機械研究所)

論文相關信息:https://doi.org/10.1364/OL.406104

圖1 九字腔大負色散耗散孤子光纖雷射器實驗裝置圖

圖2 大負色散耗散孤子光纖雷射器輸出脈衝性能指標(a)光譜圖;(b)脈衝序列;(c)頻譜圖;(d)自相關信號

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