超强激光科学卓越创新简报

(第二百四十二期)

2022年1月12日

上海光机所在特殊波段产生飞秒脉冲方面取得进展

　　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研究团队提出了一种非线性光学增益调制技术，可以将单频连续激光转换为高相干飞秒脉冲。该方法是获得波长灵活超快脉冲的全新技术手段。相关成果发表在Advanced Photonics Research。

　　超短脉冲激光在基础研究、工业加工和光通信等广泛领域有重大应用。获得超短脉冲光源的技术主要有锁模、电光调制、光克尔效应微谐振腔等技术。与上述传统方法相比，非线性光学增益调制这种产生飞秒脉冲的新方法具有结构简单，稳定可靠，光光转换效率高，输出脉冲能量大等优势。基于此方法产生的波长灵活的飞秒激光光源在基础研究、生物医疗、光学精密计量等领域具有广阔的应用前景。

　　在实验演示中，1121 nm单频连续激光与1064 nm皮秒脉冲泵浦激光通过波分复用器耦合进入一段拉曼增益光纤。泵浦激光器所提供皮秒量级拉曼增益，将单频连续激光在时域内整形为超快脉冲，在频域内通过非线性产生新的纵模分量，最终将单根纵模调制成带宽为纳米级的宽光谱。实验搭建的非线性增益调制装置可以产生稳定且高相干的1120 nm激光，光谱带宽为9.5 nm，脉冲能量为 25.7 nJ，脉冲宽度为 436 fs，光光转换效率高达 69.4%。

　　研究人员通过基于广义非线性薛定谔方程的数值仿真，进一步揭示了系统中泵浦和拉曼脉冲的时域与频域演化机制。仿真结果表明，泵浦脉冲和拉曼脉冲之间由于群速度失配导致的走离效应对非线性光学增益调制的光光转换效率和输出脉冲压缩极限宽度有重要影响。另外，通过增加泵浦脉冲能量并相应优化其他系统参数，可以将输出拉曼脉冲能量进一步放大到μJ量级，证实了该装置是产生高能量飞秒脉冲的有效方法。

　　相关研究得到国家自然科学基金项目的支持。

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图1 (a) 非线性光学增益调制原理； (b) 实验装置；脉冲能量为 37 nJ时泵浦激光器的 (c) 光谱和 (d) 自相关曲线； (e) 1121 nm 单频种子激光器的光谱。

图2 (a) 光谱 (b) 脉冲序列 (c) 基频频谱(d) 自相关曲线 (e) 模拟的频谱和 (f) 输出脉冲形状及啁啾。

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