多波长同步锁模孤子激光研究获重要进展

来源：中国科学报 2021-11-24 09:34:28

超快光纤激光器利用光纤为传导介质，具有结构紧凑、稳定性好、光束模式优良、峰值功率高以及与其他光纤系统兼容等优点，在高速光通信、生物医学、材料处理和精密物理测量等领域有广泛应用。

“锁定激光谐振腔中纵模的相位是产生超短脉冲的典型方法，脉冲持续时间可以达到万亿分之一秒量级。”西北工业大学物理科学与技术学院教授毛东介绍。

“然而，对于传统多波长锁模光纤激光器而言，由于群速度色散的影响，脉冲传输速度与工作波长相关，导致不同波长的锁模脉冲在腔内独立演化并周期性碰撞。做个简单类比，多个运动员在环形跑道上比赛时，因各自具有不同的运动速度，经过多次循环，其到达终点所需时间不同，因而无法实现同步运转。”毛东说。

因此，如何在非零色散光纤谐振腔中产生多波长同步锁模孤子，是超快激光领域的难点之一。

毛东、赵建林教授研究团队与芬兰阿尔托大学教授孙志培合作，在多波长同步锁模孤子激光方面取得重要进展，相关研究结果近日发表于《自然—通讯》。

据论文第一作者毛东介绍，他们联合研究团队通过在负色散光纤谐振腔中引入光谱滤波和群延迟补偿，成功实现了2至5个波长的同步锁模激光孤子脉冲输出，所得孤子包络中子脉冲的重复频率达到1.26太赫兹。

“形象地说，我们在激光器中构建了不同的赛道，对传输速度大的脉冲引入较大的延迟，使之和传输速度小的脉冲在腔内总传播时间接近。当不同波长脉冲之间群延迟差被补偿到零附近时，可饱和吸收效应使腔内脉冲自动同步，激光系统中损耗达到最低并形成稳定的运转。”毛东解释道。

研究人员进一步基于光谱实时探测技术，详细研究了多波长同步锁模脉冲的形成及演化行为，发现多个锁模状态几乎是同时建立起来的。

超快光学领域相关专家认为，该研究提出了一种直接产生多波长超高重频脉冲的新方法。从应用的角度而言，这种激光器为差频产生太赫兹波及非线性拉曼光谱测量提供了所需的特种脉冲光源。(作者：张行勇)

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