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高平均功率、超高重復頻率（> 500 MHz）的飛秒光源在非線性光譜和材料加工等領域有著廣闊的應用前景。此類具有高脈沖峰值功率和高重復頻率的飛秒光源可極大地增加單位時間內的脈沖數量，用于非線性光譜領域時可提高信噪比，在材料處理領域也可以極大地提升加工產量。

 

然而開發具有高平均功率、高重復頻率的緊湊型飛秒光源并不容易。與低重復頻率的飛秒光源相比，它們需要在增益介質的非線性、腔內色散和可飽和吸收體的特性之間取得更精妙的平衡。對于以Cr：YAG激光晶體為增益介質的飛秒激光器來說，該激光晶體受激發射截面較小、熱導率較低，因此該激光器對腔內的增益和損耗非常敏感，這進一步要求對可飽和吸收體的參數進行更精確的控制。

 

最近，來自KAIST（韓國科學技術院）的Fabian Rotermund教授和KERI（韓國電氣研究院）的Guang-Hoon Kim教授合作研究團隊展示了重復頻率大于500 MHz的碳納米管（CNT）鎖模的緊湊型飛秒Cr:YAG激光器。他們制備了在1.5 μm波長附近具有0.51％調制深度和28 μJ/cm2飽和能量密度的CNT。利用這種CNT作為飽和吸收鏡，實現了可穩定工作在1.5 μm波長的鎖模飛秒Cr：YAG激光器。據該研究團隊所知，與其他的CNT鎖模Cr:YAG激光器相比，該激光器目前具有最高的重復頻率，輸出功率為147 mW，脈沖寬度為110 fs。該研究結果發表在Chinese Optics Letters第16卷第6期 (J. W. Kim et al., “550-MHz carbon nanotube mode-locked femsecond Cr:YAG laser.” Vol. 16, No. 6, 061404，2018)。

碳納米管鎖模的高重復頻率飛秒Cr:YAG激光器原理圖和實物照片。該緊湊型激光器工作在1.5 μm波長附近，重復頻率為550 MHz，輸出功率為147 mW，脈沖寬度為110 fs。

Fabian Rotermund指出：“基于CNT鎖模的1.5 μm波長飛秒相干光源結構緊湊，能夠同時提供高平均功率、高重復頻率的超短脈沖，可為各種材料處理和非線性光譜提供高效的解決方案。”

 

下一步的工作將集中在開發基于CNT鎖模、重復頻率達數GHz的超緊湊型固體激光器。

 

論文鏈接：

http://m.opticsjournal.net/Mobile/M_Details?aid=OJ180606000019rXt1w4

可用來產生寬帶、高平坦、高相干性超連續譜的正常色散全固態微結構光纖

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光纖中產生的超連續譜包含多種色散效應和非線性現象，具有寬帶、高亮度等特性，能夠應用于許多領域，比如超短脈沖產生、光頻率測量等。在有些應用中，高平坦度和相干性是十分重要的。

 

通常，當抽運脈沖波長處于光纖的反常色散區時可產生超連續譜。由于孤子分裂和調制不穩定等效應，產生的超連續譜相干性較差，光譜具有較多的精細結構。抽運脈沖波長處于光纖的正常色散區時，產生超連續譜主要依賴自相位調制和光波分裂效應，它們能夠保持抽運脈沖的整體性和相干性。然而，在寬脈沖抽運條件下產生高平坦度的超連續譜是一個很大的挑戰。

 

中國科學院上海光學精密機械研究所的研究團隊提出了一種全固態微結構光纖。該光纖的結構中只含有正六邊形元素，結構優化后的光纖在1.55 μm波長附近的波長范圍內具有絕對值小且平坦的正常色散特性。通過數值模擬的方法，該課題組采用寬度為200 fs、峰值功率為100 kW、中心波長為1.55 μm的脈沖抽運該光纖，能夠產生高平坦、高相干性的超連續譜。在-3 dB強度范圍內，超連續譜覆蓋波長1030~2030 nm，接近于一個倍頻程。理論上，僅僅通過線性啁啾補償能夠將該超連續譜脈沖壓縮至13.9 fs（約為2.69個光學周期）。相關成果發表在Photonics Research 2018年第6卷第6期上(C. Huang, et al. Ultraflat, broadband, and highly coherent supercontinuum generation in all-solid microstructured optical fibers with all-normal dispersion)。

 

左圖：設計的光纖結構示意圖；右圖：從上到下依次是抽運脈沖在該光纖中傳輸時，傳輸長度分別是0，5和100 cm處的光譜。抽運脈沖的參數為：脈沖寬度200 fs，峰值功率 100 kW，中心波長1550 nm。

 

與已報道的光纖相比，該光纖能夠滿足更寬的脈沖抽運產生寬帶高平坦高相干性超連續譜的需求。該團隊的研究人員認為，光譜的-3 dB強度幾乎對應于光譜的半高寬，這在應用中具有重要的意義；另外，采用該光纖作為非線性介質有望實現在寬脈沖抽運的情況下獲得全光纖寬帶高平坦高相干性超連續譜源。下一步的工作重點是實現全光纖的超連續譜源和超短脈沖壓縮。

 

論文鏈接：

http://m.opticsjournal.net/Mobile/M_Details?aid=OJ180605000156LhOkQn