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超强激光科学卓越创新简报

(第三百七十五期)

2023年3月27日

上海光机所在使用级联非线性增益调制产生1.3μm飞秒脉冲中取得新进展

　　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的研究团队利用1064 nm的皮秒脉冲作为泵浦，使用非线性光学增益调制技术，在掺磷光纤中通过二阶级联受激拉曼散射获得了能量为33.7 nJ，脉宽为170 fs的1319 nm飞秒脉冲输出。这项工作为生物成像、三光子探测等应用提供了所需的1.3 μm 高能量飞秒脉冲光源。相关结果以“Generation of 1.3?μm femtosecond pulses by cascaded nonlinear optical gain modulation in phosphosilicate fiber”为题发表于Optics Letters。

　　该研究团队之前提出了非线性光学增益调制的方法，并通过此技术获得了位于1120 nm和1178 nm特殊波段的高相干拉曼飞秒脉冲。波长为1.3 μm附近的飞秒脉冲在三光子激发等生物成像技术上起到至关重要的作用。利用非线性光学增益调制技术可以顺利产生1.3 μm的超短脉冲激光，但是在常规光纤中，把激光的能量从1064 nm转移到1319 nm通常需要四阶拉曼过程，增大了该方案的成本与复杂度。而掺磷光纤由于其成分特点，可以通过一级拉曼散射实现较远范围的激光频率移动。

　　在本项工作中，研究团队利用掺磷光纤的特性，通过二阶非线性光学增益调制技术，获得高质量的1.3 μm脉冲输出，并且仍保留了结构简单可靠，级联转换效率高，输出脉冲能量高等优势。在实验演示中，1121 nm和1319 nm的单频连续激光与1064 nm皮秒脉冲泵浦激光通过波分复用器及耦合器一同耦合进入一段拉曼增益光纤。二阶级联转换过程在一段4.5 m长的保偏掺磷光纤中完成。在泵浦脉冲能量为96 nJ的情况下，二阶1319 nm拉曼脉冲输出能量达33.7 nJ，压缩后脉冲宽度达170 fs。

　　研究团队还基于广义非线性薛定谔方程开展了数值仿真，通过优化泵浦脉冲宽度和脉冲能量来优化输出结果。理论证明使用1 μJ，50 ps的1064 nm泵浦脉冲，经过1.75 m掺磷光纤，可产生668 nJ，391 fs的1.3 μm脉冲输出，转化效率高达67%。这为产生高功率、高效率的1.3 μm超快激光光源提供了有效的手段。

　　该项研究获得了中国科学院青年创新促进会、国家自然科学基金、上海市自然科学基金等项目的支持。

　　原文链接

图1 级联非线性增益调制结构示意图

图2 脉冲输出特性。(a) 脉冲序列; (b) 射频频谱; (c) 压缩前和 (d) 压缩后二阶拉曼脉冲自相关曲线。

 

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