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近期，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)實驗室研究團隊提出了一種非線性光學(xué)增益調(diào)制技術(shù)，可以將單頻連續(xù)激光轉(zhuǎn)換為高相干飛秒脈沖。該方法是獲得波長靈活超快脈沖的全新技術(shù)手段。相關(guān)成果發(fā)表在Advanced Photonics Research。

超短脈沖激光在基礎(chǔ)研究、工業(yè)加工和光通信等廣泛領(lǐng)域有重大應(yīng)用。獲得超短脈沖光源的技術(shù)主要有鎖模、電光調(diào)制、光克爾效應(yīng)微諧振腔等技術(shù)。與上述傳統(tǒng)方法相比，非線性光學(xué)增益調(diào)制這種產(chǎn)生飛秒脈沖的新方法具有結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定可靠，光光轉(zhuǎn)換效率高，輸出脈沖能量大等優(yōu)勢。基于此方法產(chǎn)生的波長靈活的飛秒激光光源在基礎(chǔ)研究、生物醫(yī)療、光學(xué)精密計量等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

在實驗演示中，1121 nm單頻連續(xù)激光與1064 nm皮秒脈沖泵浦激光通過波分復(fù)用器耦合進入一段拉曼增益光纖。泵浦激光器所提供皮秒量級拉曼增益，將單頻連續(xù)激光在時域內(nèi)整形為超快脈沖，在頻域內(nèi)通過非線性產(chǎn)生新的縱模分量，最終將單根縱模調(diào)制成帶寬為納米級的寬光譜。實驗搭建的非線性增益調(diào)制裝置可以產(chǎn)生穩(wěn)定且高相干的1120 nm激光，光譜帶寬為9.5 nm，脈沖能量為 25.7 nJ，脈沖寬度為 436 fs，光光轉(zhuǎn)換效率高達 69.4%。

研究人員通過基于廣義非線性薛定諤方程的數(shù)值仿真，進一步揭示了系統(tǒng)中泵浦和拉曼脈沖的時域與頻域演化機制。仿真結(jié)果表明，泵浦脈沖和拉曼脈沖之間由于群速度失配導(dǎo)致的走離效應(yīng)對非線性光學(xué)增益調(diào)制的光光轉(zhuǎn)換效率和輸出脈沖壓縮極限寬度有重要影響。另外，通過增加泵浦脈沖能量并相應(yīng)優(yōu)化其他系統(tǒng)參數(shù)，可以將輸出拉曼脈沖能量進一步放大到μJ量級，證實了該裝置是產(chǎn)生高能量飛秒脈沖的有效方法。

圖1 (a) 非線性光學(xué)增益調(diào)制原理；(b) 實驗裝置；脈沖能量為 37 nJ時泵浦激光器的 (c) 光譜和 (d) 自相關(guān)曲線；(e) 1121 nm 單頻種子激光器的光譜。

圖2 (a) 光譜 (b) 脈沖序列 (c) 基頻頻譜(d) 自相關(guān)曲線 (e) 模擬的頻譜和 (f) 輸出脈沖形狀及啁啾。

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超短脈沖激光技術(shù)獲重要進展