近日，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所高功率光纖激光技術(shù)實驗室在鎖模拉曼光纖激光器研究方面取得新進展。采用全保偏的非線性光學(xué)環(huán)形鏡鎖模，獲得高性能線偏振耗散孤子拉曼激光輸出，激光脈沖的時域穩(wěn)定性大幅度提高；在鎖模拉曼光纖激光器中引入脈沖峰值功率鉗制效應(yīng)，實現(xiàn)了高能量的矩形脈沖輸出。

拉曼光纖激光器以光纖中的受激拉曼散射效應(yīng)作為增益機制，具有波長靈活的優(yōu)勢。在拉曼光纖激光器中實現(xiàn)脈沖激光輸出，可以有效拓展脈沖激光的應(yīng)用范圍。

在眾多基礎(chǔ)科學(xué)研究和生物醫(yī)療領(lǐng)域中往往需要特殊波長的超短脈沖激光為線偏振。針對這一需求，課題組采用非線性光學(xué)環(huán)形鏡鎖模的方式搭建全保偏的激光器諧振腔，并在諧振腔內(nèi)加入起偏元件來保證輸出激光的線偏振狀態(tài)。同時，研究人員根據(jù)光纖中的拉曼散射響應(yīng)速度極快的特點，采用時域更為穩(wěn)定的放大自發(fā)輻射源作為泵浦，并在諧振腔內(nèi)引入耗散機制實現(xiàn)了拉曼耗散孤子輸出，有效提升了拉曼超快激光的整體性能。得到的拉曼超快激光脈沖重復(fù)頻率為1.23 MHz，最大的脈沖能量和最小的脈沖寬度分別為1.23 nJ和63 ps，射頻譜信噪比高達85 dB。相關(guān)研究成果已發(fā)表在[Optics Express 27, 17905 (2019)]上。

為提高鎖模拉曼光纖激光器輸出脈沖能量，課題組在非線性光學(xué)環(huán)形鏡鎖模機制下，通過優(yōu)化環(huán)形鏡長度引入脈沖峰值功率鉗制效應(yīng)，使脈沖能量和脈沖寬度隨泵浦功率提升而增大且不會發(fā)生脈沖分裂。最終獲得了高能量的線偏振矩形拉曼脈沖輸出，輸出脈沖的最大能量為64.1 nJ，最大脈沖寬度為25.1 ps。與此同時，還觀察到了拉曼脈沖的時域形狀隨著泵浦功率提升而由普通矩形脈沖慢慢演化為階梯狀矩形脈沖的現(xiàn)象。相關(guān)研究成果已發(fā)表在[Journal of Lightwave Technology 37, 1333 (2019)]上。

相關(guān)研究得到國家自然科學(xué)基金和中國博士后科學(xué)基金的支持。

圖1 線偏振的拉曼耗散孤子輸出的射頻譜特性

圖2 矩形拉曼脈沖時域形狀與泵浦功率的關(guān)系