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超强激光科学卓越创新简报

(第三百九十三期)

2023年6月2日

上海光机所在特殊波长的飞秒超快光纤激光器研制方向取得进展

　　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在特殊波长的飞秒超快光纤激光器研制方向取得重要进展。研究团队首次报道了一种基于色散管理、全保偏九字腔的978 nm飞秒掺镱光纤激光器。相关研究成果以“Generation of 978 nm dispersion-managed solitons from a polarization-maintaining Yb-doped figure-of-9 fiber laser”为题发表在Optics Letters上。

图1. 978 nm九字腔色散管理孤子光纤激光器实验装置图

　　978nm掺镱飞秒锁模光纤激光器因其独特的应用价值而备受关注。然而，由于Yb3+在978 nm波长附近的吸收截面近似等于发射截面，为了在这个波长获得高性能激光输出，必须克服978 nm处的激光自吸收和1030 nm附近的放大自发辐射（ASE）等问题。另一方面，Yb3+在978 nm附近的增益带宽相对较窄，这进一步增加了在该波长下获得飞秒激光脉冲的难度。因此，与1 μm以上的传统掺镱锁模光纤激光器相比，实现这种978 nm的飞秒光纤激光器面临着更大挑战。

　　针对上述问题，研究团队采用基于九字腔结构的非线性放大环镜（NALM）技术成功实现了978 nm处色散管理孤子的稳定输出。实验中通过控制激光腔内各色散元件的参数有效地管理了腔内总色散，并引入滤波器来抑制1030 nm的ASE，最终获得了具有14.4 nm光谱带宽和175 fs的高相干激光脉冲。此外，激光腔由全保偏光纤器件组成，能够有效抗温度、震动等环境扰动，确保了锁模脉冲的长期稳定性。数值模拟结果表明，978 nm色散管理孤子的光谱宽度主要受限于Yb3+在相关波长附近的增益带宽。未来可以利用非线性效应在腔外进一步展宽光谱，从而在这个特殊波长实现更窄脉宽的激光输出。该研究实现的978 nm锁模脉冲是迄今为止报道的相关波长超快光纤激光器中能够输出的最短脉冲，在水下通信和太赫兹波产生等领域具有良好的应用前景。

　　原文链接

图2. 978 nm九字腔光纤激光器输出脉冲参数。（a）光谱；（b）脉冲序列；（c）射频谱；（d）自相关信号；（e） 腔外压缩后的频谱和（f）自相关信号

图3. 数值模拟结果。（a, b）输出色散管理孤子的光谱和时间特性；（c, d）腔内脉冲的时频演化过程。

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