超快光纖激光器利用光纖為傳導介質，具有結構緊湊、穩(wěn)定性好、光束模式優(yōu)良、峰值功率高以及與其他光纖系統(tǒng)兼容等優(yōu)點，在高速光通信、生物醫(yī)學、材料處理和精密物理測量等領域有廣泛應用。

“鎖定激光諧振腔中縱模的相位是產(chǎn)生超短脈沖的典型方法，脈沖持續(xù)時間可以達到萬億分之一秒量級。”西北工業(yè)大學物理科學與技術學院教授毛東介紹。

多波長同步鎖模光纖激光器結構及原理（圖源：西工大物理學院）

“然而，對于傳統(tǒng)多波長鎖模光纖激光器而言，由于群速度色散的影響，脈沖傳輸速度與工作波長相關，導致不同波長的鎖模脈沖在腔內獨立演化并周期性碰撞。做個簡單類比，多個運動員在環(huán)形跑道上比賽時，因各自具有不同的運動速度，經(jīng)過多次循環(huán)，其到達終點所需時間不同，因而無法實現(xiàn)同步運轉。”毛東說。

因此，如何在非零色散光纖諧振腔中產(chǎn)生多波長同步鎖模孤子，是超快激光領域的難點之一。

毛東、趙建林教授研究團隊與芬蘭阿爾托大學教授孫志培合作，在多波長同步鎖模孤子激光方面取得重要進展，相關研究結果近日發(fā)表于《自然—通訊》。

相關成果發(fā)表在國際頂級學術期刊《Nature Communications》上（圖源：西工大物理學院）

據(jù)論文第一作者毛東介紹，他們聯(lián)合研究團隊通過在負色散光纖諧振腔中引入光譜濾波和群延遲補償，成功實現(xiàn)了2至5個波長的同步鎖模激光孤子脈沖輸出，所得孤子包絡中子脈沖的重復頻率達到1.26太赫茲。

“形象地說，我們在激光器中構建了不同的賽道，對傳輸速度大的脈沖引入較大的延遲，使之和傳輸速度小的脈沖在腔內總傳播時間接近。當不同波長脈沖之間群延遲差被補償?shù)搅愀浇鼤r，可飽和吸收效應使腔內脈沖自動同步，激光系統(tǒng)中損耗達到最低并形成穩(wěn)定的運轉。”毛東解釋道。

研究人員進一步基于光譜實時探測技術，詳細研究了多波長同步鎖模脈沖的形成及演化行為，發(fā)現(xiàn)多個鎖模狀態(tài)幾乎是同時建立起來的。

超快光學領域相關專家認為，該研究提出了一種直接產(chǎn)生多波長超高重頻脈沖的新方法。從應用的角度而言，這種激光器為差頻產(chǎn)生太赫茲波及非線性拉曼光譜測量提供了所需的特種脈沖光源。

作者：張行勇

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