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超强激光科学卓越创新简报

(第三百零六期)

2022年9月20日

上海光机所在优化非线性光学增益调制拉曼放大器的数值模拟中取得新进展

  近日,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冯衍研究员团队通过系统的数值仿真模拟,提出了优化基于非线性光学增益调制的超快拉曼光纤激光器中拉曼转换效率的关键方法。相关结果以“Numerical simulation of nonlinear optical gain modulation in a Raman fiber amplifier”为题发表在Optics Express

  研究者使用基于广义非线性薛定谔方程的数值模型模拟非线性光学增益调制过程中泵浦和拉曼脉冲在光纤中的演化过程:

 

(1)

  并通过四阶龙格-库塔法求解广义非线性薛定谔方程。模拟的拉曼放大器的示意图如图 1(a) 所示。一个皮秒脉冲泵浦和一个单频连续种子源被一同耦合入一段拉曼光纤中。

  研究者通过改变仿真系统中拉曼光纤长度、种子激光功率、泵浦脉冲能量、群速度色散和泵浦脉冲宽度来研究它们如何影响拉曼脉冲的转换效率和压缩后的拉曼脉冲宽度。结果表明,光纤中存在的走离效应对转换效率有着重要的影响。只有当走离速度能较好地匹配拉曼转换速度时,基于非线性光学增益调制的拉曼放大器才能达到最高的转换效率。

  该工作为如何产生波长灵活的,具有微焦单脉冲能量的飞秒脉冲提供了一种指导方针。通过设定合适的参数,可以使拉曼放大器的光光转化效率达到85%以上。这将为天文探测,光谱检测等需要特殊波长高能量飞秒的应用提供高质量的激光光源。

  该项研究获得了国家自然科学基金的支持。

  原文链接

图1 (a) 非线性光学增益调制模拟结构示意图;(b)泵浦和(c)拉曼脉冲在光纤中的脉冲演化

图2 (a) 泵浦和 (b) 拉曼脉冲的演化模拟过程;脉冲能量100nJ,群速度色散为0.001 ps2/m时,拉曼脉冲在光纤长度为 (c) 4m, (d) 5.7m和 (e) 7.5m时的时域包络和脉冲啁啾。

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