大功率光纤梳及其应用

随着超短脉冲激光器的问世，线性调频梳已经成为激光技术领域的又一重大突破。在这一领域，两位科学家J. Hall和T.W.进行开创性工作的Hönsch于2005年获得了诺贝尔奖。原则上，光频率梳在频域中表现为具有相等频率间隔的光频率序列，在频率范围内表现为飞秒时间宽度的电磁场振荡包络。时域。缓慢变化的包络的时间宽度满足傅立叶变换关系。超短脉冲在时域和频域中的分布特征就像我们每天使用的梳子一样。它们被称为光带中的频率梳。光梳等效于集成的光频率发生器。它是绝对光频率测量的最有效工具。精度和高精度频率标准不仅提供了载体，而且还为科学研究方向提供了理想的研究工具，如精密光谱学，天体物理学，量子操纵等，并逐渐用于光频率和原子离子跃迁能级的精确测量。 。在测量领域，远程信号时钟同步和卫星导航。获得光梳的关键是首先要获得稳定的超短脉冲输出，其次要在时域和频域上实现对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。早期的光学梳状光源是基于传统的钛蓝宝石飞秒激光器构建的。美国天体物理学联合实验室的J. Hall教授等人首次使用自引用的f-2f技术实现了载流子相位稳定的钛蓝宝石锁模激光器，这标志着飞秒光学频率梳的诞生。随着激光技术的不断创新和其应用的逐步细分，钛蓝宝石激光器越来越无法满足实际的应用需求。主要原因是钛蓝宝石激光器的光路结构复杂，庞大且昂贵，并且需要专业的维护人员。此外，钛蓝宝石激光器还必须放置在超净环境中，该环境需要独立的水循环冷却和恒温条件才能实现激光器的长期稳定运行。激光制造企业的维护人员需要经常往返于客户之间，以帮助客户解决在使用激光期间发生的问题。特别是，当激光的关键组件（例如激光晶体或泵浦系统）由于偶然因素而损坏时，更换零件通常需要三个月或六个月以上的时间。近年来，基于光纤的超短脉冲激光器和基于波导结构的光纤梳已经逐渐进入人们的视野。光纤激光器具有出色的稳定性，紧凑的结构，合理的价格以及易于维护的功能，解决了用户级超短脉冲的难题。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领域具有许多明显的优势：光纤波导的制造成本低，光纤的柔性和缠结有利于激光器的小型化和模块化。 ，光纤不需要像激光晶体那样严格的模式匹配或相位匹配，光纤激光器内部几乎没有或几乎没有光学透镜，而且它们具有极好的稳定性，光纤激光器的全封闭光路结构可以承受恶劣的工作环境，并且它具有抗冲击振动，防潮和耐高温的特性。粉尘颗粒具有较高的耐受性，此外，光纤激光器具有很高的电光效率，可以达到20％以上，从而大大节省了激光器的运行成本。光纤的另一个主要优点是，通过使用各种掺杂的有源光纤和具有不同色散量和模场直径的传输光纤，与钛蓝宝石lig相比，光纤光源可以在更宽的光谱范围内实现激光输出。ht光源，例如1030nm波段的光源。非线性扩展后，掺fiber光纤激光器可以覆盖600-1400nm。掺broad光纤激光器可以覆盖1000-2200nm，非线性展宽后，m波段掺-光纤激光器可以覆盖1350-2700nm。 。 ultra超短脉冲光纤激光器和梳子的生产是光纤激光器技术发展的原动力。早在1990年，国外就开始探索超短脉冲光纤激光器的生产，并出现了IMRA，Calmar，Fiannium，Menlosystems，Toptica等知名公司。近年来，在中国政府的指导下，科研成果加速了成果转化。一些高科技超短脉冲光纤激光器技术公司和产品层出不穷，例如上海浪雁光电科技有限公司780nm，1064nm，1550nm等系列波长超短脉冲激光器。琅yan 780nm飞秒激光器LF7808是激光技术和计量学的一项革命性突破。光纤梳有望大大加速精密光谱学和精密测量的发展，从而创造出一种比原子微波时钟更先进的时间和频率标准。条件对于确定物理常数具有重要意义。光学梳的应用目的是测量未知频率。落在梳子频率范围内的任何未知频率都可以通过梳子和梳子之间的拍频来测量。通过使用波长计粗略估计拍频发生的频率位置，然后确定拍频的大小和符号，可以获得未知频率的值，并且度数可以达到10-14级。其次，光学梳可用于开发光学原子钟。飞秒光学梳使用微波频率作为参考。如果使用反向过程从光频率外推到微波频率，也就是说，在将飞秒光梳锁定到光频率基准之后，则可以使用它来生成微波频率范围内的时钟基准。这个想法催生了光学原子钟，它有可能提供时频标准，精度为10-18。在第三方面，可见光带和近红外带中的光学梳只能用于测量有限原子离子族的跃迁谱。对于其他族的更多过渡族，需要紫外波段或阿秒钟中的光学梳。阿秒钟不仅可以用来观察化学反应中分子和原子的运动，还可以捕获电子从原子或离子脱离的过程。另外，鉴于光纤梳的时频特性，它在绝对距离测量，反斯托克斯拉曼散射成像等方面具有极其重要的应用。