孤子激光器克服了能量限制
產(chǎn)生超短光脈沖需要仔細(xì)控制光的色散：相速度取決于頻率，并且由于實際脈沖包含頻率擴展，因此它在傳播通過光學(xué)介質(zhì)時會變寬。孤子激光器是一種簡單，便宜的亞皮秒脈沖源，主要由激光二極管和光纖組成。它們通過與Kerr聚焦（當(dāng)光的電場改變介質(zhì)的折射率時引起的脈沖變窄）之間的平衡來平衡擴散，從而減輕了擴散，因此每個脈沖都作為孤子傳播，其持續(xù)時間保持不變。
孤子激光器由于其簡單的結(jié)構(gòu)而具有吸引力，但它們無法獲得啁啾脈沖放大等技術(shù)的高能量。這是因為能量E和持續(xù)時間τ呈反比，因此縮短脈沖只會增加其能量。
現(xiàn)在，悉尼大學(xué)的Antoine Runge及其同事與麥格理大學(xué)和諾基亞貝爾實驗室的合作者已經(jīng)克服了這一限制。他們的新型純四元孤子激光器使用空間光調(diào)制器（SLM）來控制光的色散關(guān)系，以允許獲得更高的能量脈沖。
色散關(guān)系k（ω）描述了波的頻率如何與其波長相關(guān)。對于常規(guī)孤子激光器中的光，該函數(shù)近似為二次方，其二階導(dǎo)數(shù)描述了在沒有Kerr聚焦的情況下脈沖將如何擴展。實驗上可以最小化可能使孤子不穩(wěn)定的非零高階導(dǎo)數(shù)。然而，2016年，悉尼大學(xué)的研究人員（包括當(dāng)前研究的作者安德里亞·布蘭科－雷東多和馬丁·德·斯特克都在內(nèi)）表明，高階色散實際上是有用的。他們設(shè)計了一個光子晶體波導(dǎo)其中通過波導(dǎo)的幾何形狀消除了二階和三階色散的影響。四階色散和克爾聚焦的平衡是孤子形成的原因。
Runge及其同事制造的純四階孤子激光器采用了相同的原理。但是，研究人員使用可編程的SLM代替了專門設(shè)計的波導(dǎo)，以創(chuàng)建所需的色散分布圖。研究人員證實，四次脈沖的能量是正比于τ-3，作為預(yù)測的第四階色散孤子，而不是τ-1，如在常規(guī)的孤子。這種縮放解釋了為什么純四階激光器中的脈沖能量有可能超過現(xiàn)有設(shè)備中的脈沖能量幾個數(shù)量級。朗格及其同事的下一步是實現(xiàn)這些更高的能量。
在幾十瓦的功率下，孤子脈沖沒有打破任何記錄。然而，像微機械和軟組織手術(shù)這樣需要快速爆發(fā)出高能量的應(yīng)用，可以從緊湊、低成本的設(shè)備中獲益。
- 上一篇：全球激光打標(biāo)市場：仍大有可為！ 2020/10/6
- 下一篇：美國宇航局將在月球發(fā)射激光以幫助尋找水 2020/5/2
