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上海光机所大负色散耗散孤子光纤激光器研究取得进展

来源: 发布时间:2020-11-03【字体:

  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大负色散耗散孤子光纤激光器方向的研究取得了新进展。通过一种九字形光纤激光器结合啁啾光纤光栅获得了工作在大负色散区域耗散孤子脉冲,并通过数值仿真揭示了大负色散耗散孤子的工作机制,相关成果发表于“Optics Letters”。

  耗散孤子光纤激光器已被证实是一种获得高单脉冲能量、高峰值功率的超快激光脉冲的有效手段。到目前为止,大多数报道的耗散孤子光纤激光器工作在正色散区域。因此,是否能在大负色散区域获得高性能的耗散孤子是一个值得深入研究的课题。

  在该项研究中,研究人员实验搭建了一个九字形光纤激光器,该激光器是一种新型的非线性放大环形镜锁模光纤激光器,具有全保偏结构,腔内插入了一个不可逆的移相器器以促进锁模操作的自启动。由于普通单模光纤在1 μm波段呈现正色散特性,所以研究者在九字腔的单臂结构中加入了一个啁啾光纤光栅,使得腔内的总色散处于大负色散区域。通过调节泵浦功率,可以获得单脉冲能量为3.5 nJ,脉冲宽度为7.9 ps,重复频率为26.4 MHz的耗散孤子输出。与传统正色散耗散孤子不同,该报道的大负色散耗散孤子的光谱呈现双曲正割形状,并且半高全宽仅为0.17 nm。

  随后研究人员又通过基于金兹堡-朗道方程和分步傅里叶法的数值模拟,清楚地表明大负色散耗散孤子形成机制中伴随着三种不同的“呼吸”作用,分别为时域呼吸,频域呼吸与啁啾呼吸。其中,与正色散耗散孤子相比,啁啾呼吸是该报道的大负色散耗散孤子的特有机制。由于这种啁啾呼吸机制的存在,输出的脉冲光谱宽度才能保持在较窄的0.17 nm。这种具有窄光谱特性、小于10 ps脉冲宽度的耗散孤子激光器同时兼具了耐高低温变化、易自启动、小型化、成本低等特点,是后续超快脉冲固体放大的理想光纤种子源。可以为微纳加工、精密硬脆材料加工等应用方向提供优质的解决方案。

  该项研究获得了国家自然科学基金的支持。

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图1 九字腔大负色散耗散孤子光纤激光器实验装置图

图2 大负色散耗散孤子光纤激光器输出脉冲性能指标(a)光谱图;(b)脉冲序列;(c)频谱图;(d)自相关信号

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