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單激光腔輸出高功率雙光梳飛秒激光脈沖
材料來(lái)源:lfwc           錄入時(shí)間:2021/6/3 20:20:36

文/John Wallace

光學(xué)頻率梳的頻譜為一系列等間隔、位置固定、且具有極寬光譜范圍的單色譜線,這些單色譜線如同梳子的梳齒一樣,完美地等間隔排布。通常將重復(fù)頻率稍有差別的兩個(gè)光學(xué)頻率梳組合在一起,形成雙光梳激光裝置。雙光梳激光提供的脈沖序列特別適用于極其靈敏的快速光譜測(cè)量和精密激光測(cè)距。但是,由于需要兩個(gè)穩(wěn)定的光學(xué)頻率梳以及復(fù)雜的同步電子系統(tǒng),此前只能在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)這些測(cè)量應(yīng)用。

蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員,利用單個(gè)激光腔實(shí)現(xiàn)了高功率雙光學(xué)頻率梳飛秒脈沖激光輸出,無(wú)需任何電子同步系統(tǒng),就能提供等同或更高的定時(shí)精度。瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的Benjamin Willenberg在2020 OSA激光大會(huì)上展示了這種新方法,并表示這種方法產(chǎn)生的一對(duì)頻率梳,其重復(fù)頻率具有很小的穩(wěn)定的偏移量。

Willenberg解釋說(shuō):“在不影響激光脈沖輸出性能的條件下,這種方法解決了雙光梳系統(tǒng)的高復(fù)雜性問(wèn)題,能夠促進(jìn)潛在的傳感應(yīng)用,包括無(wú)損檢測(cè)的時(shí)域光譜、工業(yè)和環(huán)境監(jiān)測(cè)的痕量氣體檢測(cè),以及用于機(jī)器視覺(jué)的激光測(cè)距等。”

在這項(xiàng)研究工作中,研究人員用更簡(jiǎn)單、更穩(wěn)定的光學(xué)方法取代復(fù)雜的電子同步系統(tǒng),用單個(gè)激光腔實(shí)現(xiàn)了雙光梳輸出。研究人員將兩個(gè)雙折射晶體插入激光腔,以允許這種腔體結(jié)構(gòu)在兩種偏振態(tài)下發(fā)射激光,并且在兩個(gè)偏振態(tài)之間引入了重復(fù)頻率差。研究人員將這種雙折射晶體偏振復(fù)用技術(shù)與二極管泵浦的固態(tài)激光技術(shù)相結(jié)合,產(chǎn)生了從40Hz~3.35kHz連續(xù)可調(diào)的雙頻率梳激光輸出,且不影響激光輸出性能。

由于新設(shè)計(jì)使用單個(gè)激光腔實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)光學(xué)頻率梳激光輸出,因此可以開(kāi)發(fā)更加緊湊的雙光學(xué)頻率梳,從而在功率、波長(zhǎng)、帶寬和脈沖重復(fù)頻率等方面,提供更大的靈活性。利用這個(gè)新裝置,研究人員實(shí)現(xiàn)了兩束波長(zhǎng)為1050nm、脈寬為 175fs、功率為440mW的脈沖激光輸出,兩束激光的重復(fù)頻率差為1kHz。這項(xiàng)技術(shù)的下一步發(fā)展將是開(kāi)發(fā)堅(jiān)固耐用的便攜式原型激光系統(tǒng),用于科學(xué)及工業(yè)應(yīng)用。此外,還要將激光輸出功率和重復(fù)頻率進(jìn)一步提高,以實(shí)現(xiàn)更快的測(cè)量;最后是建立激光器的商業(yè)化應(yīng)用渠道。

參考文獻(xiàn):

B. Willenberg et al., Opt. Express, 28, 3027530288 (2020); https://doi.org/10.1364/oe.403072.


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