近期，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所強(qiáng)場(chǎng)激光物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、杭州光學(xué)精密機(jī)械研究所羅素先進(jìn)光波科學(xué)中心、艾菲博（寧波）光電科技有限責(zé)任公司與武漢理工大學(xué)在利用反諧振空芯光纖實(shí)現(xiàn)超短脈沖激光精密同步方面取得進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)首次報(bào)道了基于反諧振空芯光纖的超短脈沖激光主動(dòng)同步技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了寬帶超短脈沖激光的低噪高效傳輸和精密時(shí)間控制，同步精度達(dá)到2．23 fs （RMS）。相關(guān)研究成果以“Highly stable， flexible delivery of microjoule－level ultrafast pulses in vacuumized anti－resonant hollow－core fibers for active synchronization”為題發(fā)表于Optics Letters。

基于超短脈沖激光的高精度同步控制技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各種加速器和強(qiáng)激光裝置，極大地提高了大型科學(xué)裝置的時(shí)間控制精度。高精度時(shí)間同步的關(guān)鍵是確保超短脈沖激光的長(zhǎng)距離穩(wěn)定傳輸。而傳統(tǒng)的石英光纖難以實(shí)現(xiàn)單脈沖能量微焦以上超短脈沖激光的高性能傳輸。這是因?yàn)槲⒔沽考?jí)的超短脈沖激光具有較高的峰值功率，脈沖在纖芯為熔融石英的光纖中傳輸時(shí)會(huì)迅速積累過(guò)多的非線性，導(dǎo)致脈沖在時(shí)域和頻域上失真。

針對(duì)這一問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)使用反諧振空芯光纖實(shí)現(xiàn)單脈沖能量微焦量級(jí)，脈沖寬度小于200 fs的超短激光脈沖的穩(wěn)定高效傳輸，并成功用于高精度激光脈沖同步研究。超短激光脈沖在抽真空的反諧振空芯光纖中傳輸時(shí)，由于氣體非線性效應(yīng)得到有效抑制，其光譜和脈寬基本保持不變，光纖輸出端激光脈沖在平均功率和光譜穩(wěn)定性方面與輸入端相當(dāng)。得益于波導(dǎo)特性，輸出激光指向穩(wěn)定性從6 μrad提升到1 μrad。經(jīng)10 m空芯光纖傳輸后，激光脈沖在90分鐘內(nèi)抖動(dòng)可以控制在2．23 fs （RMS）。該研究驗(yàn)證了基于反諧振空芯光纖超快光—光同步的可行性，指出了反諧振空芯光纖在大型激光和加速器裝置時(shí)間同步控制方面的應(yīng)用潛力。

相關(guān)工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金，國(guó)家博士后創(chuàng)新人才支持計(jì)劃，中國(guó)博士后科學(xué)基金，中國(guó)科學(xué)院基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團(tuán)隊(duì)計(jì)劃，上海市科技創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃基礎(chǔ)研究項(xiàng)目，張江實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與運(yùn)行項(xiàng)目的支持。

圖1 實(shí)驗(yàn)光路及反諧振空芯光纖截面圖

圖2 光纖入射端（a－c）和出射端（d－f）脈沖平均功率（a，d）、指向穩(wěn)定性（b，e）及光譜穩(wěn)定性測(cè)量（c，f）。

圖3 （a）平衡光學(xué)互相關(guān)原理圖，（b）互相關(guān)曲線，（c）開(kāi)環(huán)時(shí)間抖動(dòng)，（d）閉環(huán)時(shí)間抖動(dòng)。