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碳納米管鎖模Cr:YAG激光器;全固態(tài)微結(jié)構(gòu)光纖

星之球科技 來源:中國激光2018-06-21 我要評論(0 )   

1.5 m、高重復(fù)頻率飛秒光源的高效解決方案碳納米管鎖模Cr:YAG激光器COL封面故事高平均功率、超高重復(fù)頻率( 500 MHz)的飛秒光

 1.5 μm、高重復(fù)頻率飛秒光源的高效解決方案——碳納米管鎖模Cr:YAG激光器
COL封面故事
 
高平均功率、超高重復(fù)頻率(> 500 MHz)的飛秒光源在非線性光譜和材料加工等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。此類具有高脈沖峰值功率和高重復(fù)頻率的飛秒光源可極大地增加單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)量,用于非線性光譜領(lǐng)域時可提高信噪比,在材料處理領(lǐng)域也可以極大地提升加工產(chǎn)量。
 
然而開發(fā)具有高平均功率、高重復(fù)頻率的緊湊型飛秒光源并不容易。與低重復(fù)頻率的飛秒光源相比,它們需要在增益介質(zhì)的非線性、腔內(nèi)色散和可飽和吸收體的特性之間取得更精妙的平衡。對于以Cr:YAG激光晶體為增益介質(zhì)的飛秒激光器來說,該激光晶體受激發(fā)射截面較小、熱導(dǎo)率較低,因此該激光器對腔內(nèi)的增益和損耗非常敏感,這進一步要求對可飽和吸收體的參數(shù)進行更精確的控制。
 
最近,來自KAIST(韓國科學技術(shù)院)的Fabian Rotermund教授和KERI(韓國電氣研究院)的Guang-Hoon Kim教授合作研究團隊展示了重復(fù)頻率大于500 MHz的碳納米管(CNT)鎖模的緊湊型飛秒Cr:YAG激光器。他們制備了在1.5 μm波長附近具有0.51%調(diào)制深度和28 μJ/cm2飽和能量密度的CNT。利用這種CNT作為飽和吸收鏡,實現(xiàn)了可穩(wěn)定工作在1.5 μm波長的鎖模飛秒Cr:YAG激光器。據(jù)該研究團隊所知,與其他的CNT鎖模Cr:YAG激光器相比,該激光器目前具有最高的重復(fù)頻率,輸出功率為147 mW,脈沖寬度為110 fs。該研究結(jié)果發(fā)表在Chinese Optics Letters第16卷第6期 (J. W. Kim et al., “550-MHz carbon nanotube mode-locked femsecond Cr:YAG laser.” Vol. 16, No. 6, 061404,2018)。
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碳納米管鎖模的高重復(fù)頻率飛秒Cr:YAG激光器原理圖和實物照片。該緊湊型激光器工作在1.5 μm波長附近,重復(fù)頻率為550 MHz,輸出功率為147 mW,脈沖寬度為110 fs。
Fabian Rotermund指出:“基于CNT鎖模的1.5 μm波長飛秒相干光源結(jié)構(gòu)緊湊,能夠同時提供高平均功率、高重復(fù)頻率的超短脈沖,可為各種材料處理和非線性光譜提供高效的解決方案。”
 
下一步的工作將集中在開發(fā)基于CNT鎖模、重復(fù)頻率達數(shù)GHz的超緊湊型固體激光器。
 
論文鏈接:
http://m.opticsjournal.net/Mobile/M_Details?aid=OJ180606000019rXt1w4
可用來產(chǎn)生寬帶、高平坦、高相干性超連續(xù)譜的正常色散全固態(tài)微結(jié)構(gòu)光纖
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光纖中產(chǎn)生的超連續(xù)譜包含多種色散效應(yīng)和非線性現(xiàn)象,具有寬帶、高亮度等特性,能夠應(yīng)用于許多領(lǐng)域,比如超短脈沖產(chǎn)生、光頻率測量等。在有些應(yīng)用中,高平坦度和相干性是十分重要的。
 
通常,當抽運脈沖波長處于光纖的反常色散區(qū)時可產(chǎn)生超連續(xù)譜。由于孤子分裂和調(diào)制不穩(wěn)定等效應(yīng),產(chǎn)生的超連續(xù)譜相干性較差,光譜具有較多的精細結(jié)構(gòu)。抽運脈沖波長處于光纖的正常色散區(qū)時,產(chǎn)生超連續(xù)譜主要依賴自相位調(diào)制和光波分裂效應(yīng),它們能夠保持抽運脈沖的整體性和相干性。然而,在寬脈沖抽運條件下產(chǎn)生高平坦度的超連續(xù)譜是一個很大的挑戰(zhàn)。
 
中國科學院上海光學精密機械研究所的研究團隊提出了一種全固態(tài)微結(jié)構(gòu)光纖。該光纖的結(jié)構(gòu)中只含有正六邊形元素,結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的光纖在1.55 μm波長附近的波長范圍內(nèi)具有絕對值小且平坦的正常色散特性。通過數(shù)值模擬的方法,該課題組采用寬度為200 fs、峰值功率為100 kW、中心波長為1.55 μm的脈沖抽運該光纖,能夠產(chǎn)生高平坦、高相干性的超連續(xù)譜。在-3 dB強度范圍內(nèi),超連續(xù)譜覆蓋波長1030~2030 nm,接近于一個倍頻程。理論上,僅僅通過線性啁啾補償能夠?qū)⒃摮B續(xù)譜脈沖壓縮至13.9 fs(約為2.69個光學周期)。相關(guān)成果發(fā)表在Photonics Research 2018年第6卷第6期上(C. Huang, et al. Ultraflat, broadband, and highly coherent supercontinuum generation in all-solid microstructured optical fibers with all-normal dispersion)。
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左圖:設(shè)計的光纖結(jié)構(gòu)示意圖;右圖:從上到下依次是抽運脈沖在該光纖中傳輸時,傳輸長度分別是0,5和100 cm處的光譜。抽運脈沖的參數(shù)為:脈沖寬度200 fs,峰值功率 100 kW,中心波長1550 nm。
 
與已報道的光纖相比,該光纖能夠滿足更寬的脈沖抽運產(chǎn)生寬帶高平坦高相干性超連續(xù)譜的需求。該團隊的研究人員認為,光譜的-3 dB強度幾乎對應(yīng)于光譜的半高寬,這在應(yīng)用中具有重要的意義;另外,采用該光纖作為非線性介質(zhì)有望實現(xiàn)在寬脈沖抽運的情況下獲得全光纖寬帶高平坦高相干性超連續(xù)譜源。下一步的工作重點是實現(xiàn)全光纖的超連續(xù)譜源和超短脈沖壓縮。
 
論文鏈接:
http://m.opticsjournal.net/Mobile/M_Details?aid=OJ180605000156LhOkQn

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