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高功率光纤梳和应用

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2019-08-31 0:18:37 * 浏览: 0
随着超短脉冲激光的出现,光频梳已成为激光技术领域的又一重大突破。在这一领域,两位开创这项工作的科学家J.Hall和TWH?nsch在2005年获得了诺贝尔奖。原则上,光学频率梳出现在频率范围内具有相等频率间隔的光学频率序列,并展出电磁场振荡包络,具有时域中飞秒幅度的时间宽度,以及光频序列的谱宽和电磁场振荡。缓慢变化的包络的时间宽度满足傅里叶变换关系。超短脉冲在时域和频域中的分布特性类似于我们日常使用的梳子的分布特性,并且被称为光学频带的频率梳,称为“光梳”。光梳相当于光频合成发生器,是迄今为止绝对光频率测量最有效的工具。它可以准确,轻松地将铯原子微波频率标准与光频标准相结合,为高分辨率和高精度,高精度频率标准的发展提供载体,也为精密光谱学,天体物理学,量子科学研究提供理想的研究工具。操纵等,并逐渐被用于光学频率精度测量和原子离子跃迁能级。测量,远程信号时钟同步和卫星导航。获得光梳的关键是首先实现稳定的超短脉冲输出,其次是在时域和频域实现超短脉冲序列的精确控制,即载波包络相位和激光脉冲重复频率。超短脉冲。控制。早期的光学梳源是建立在传统的钛宝石飞秒激光器上。来自美国天体物理学联合实验室的J. Hall教授首次使用自参考f-2f技术实现载波相位稳定的Ti:Sapphire锁模激光器,标志着飞秒诞生光频梳。随着激光技术的不断创新和应用的逐步细分,Ti:Sapphire激光器越来越不能满足实际应用要求。主要原因是Ti:Sapphire激光器的光路结构复杂,笨重且昂贵,需要专业的维护人员。 。此外,Ti:Sapphire激光器必须置于超洁净环境中,需要独立的水循环冷却和恒温条件,以实现激光器的长期稳定运行。激光制造公司的维护人员需要经常在他们的客户之间旅行,以帮助客户解决使用激光的问题。特别是,当激光器的关键部件(例如激光晶体或泵浦系统)被零星因素损坏时,更换部件通常需要三个月或更长时间。近年来,基于波导结构和光纤梳的光纤超短脉冲激光器逐渐进入视野。光纤激光器具有优异的稳定性,结构紧凑,价格合理,维护方便,解决了用户级超短脉冲的困境。作为第三代激光技术的代表,光纤激光器在科学研究和工业加工应用中具有许多明显的优势:光纤波导的制造成本低,光纤的柔韧性和可缠绕性有利于实现激光器的小型化和模块化,无需严格的图案匹配或激光晶体的相位匹配,光纤激光器内部几乎或几乎没有光学透镜,稳定性极佳,光纤激光器的全封闭光路结构可以应对恶劣的工作环境,震动冲击和湿度温度。该粉尘颗粒具有较高的耐受性,此外,光纤激光器具有较高的电光效率,电光效率可达20%以上,大大节省了激光器的运行成本。光纤的另一个主要优点是通过选择各种掺杂的有源光纤并且不同的色散和模场直径传输光纤,光纤源可以实现比Ti:Sapphire光源更宽的激光输出光谱范围,例如1030 nm波段。掺铒光纤激光器可以非线性地覆盖600-1400nm,1560nm波段的掺铒光纤激光器可以覆盖1000-2200nm,2.0μm,m波段掺铒光纤激光器可以覆盖1350-2700nm 。 。超短脉冲光纤激光器和光纤梳的商业化是光纤激光器技术发展的源泉。国外于1990年开始探索超短脉冲光纤激光器的产品化,并出现了IMRA,Calmar,Fiannium,Menlosystems和Toptica等知名公司。近年来,在中国政府的指导下,科研成果加速了结果的转变。一些高科技超短脉冲光纤激光技术公司和产品已经出现,如上海朗燕光电科技有限公司780nm,1064nm,1550nm等系列。具有波长的超短脉冲激光器。 Langyan 780nm飞秒激光LF7808作为激光技术和计量科学的革命性突破,光纤梳理有望大大加速精密光谱和精密测量的发展,创造比原子微波时钟更精确的时间和频率标准。这些条件对于准确测定物理常数具有重要意义。光梳的初衷是测量未知频率。落入光梳频率范围内的任何未知频率可以通过梳子的拍频来测量。通过波长计粗略估计拍频的频率位置,然后确定拍频的大小和符号,并且可以以10-14的精度获得未知频率的值。其次,光梳可用于开发光学原子钟。飞秒梳子基于微波频率。如果使用相反的过程,从光频率外推到微波频率,即在将飞秒光梳锁定到光频率参考之后,它可以用于产生微波频率范围的时钟参考。这个想法导致了光学原子钟的诞生,它可以提供高达10-18精度的时频标准。在第三方面,可见光和近红外光学梳只能用于有限的原子离子族过渡光谱测量。对于更多的族转换线,测量需要UV波段梳或阿秒钟。 。第二个光钟不仅可用于观察化学反应中分子和原子的运动,还可用于捕获电子与原子或离子分离的过程。此外,鉴于光纤梳的时频域特性,它在绝对距离测量和反斯托克斯拉曼散射成像中具有极其重要的应用。