近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所高功率光纖激光技術(shù)實(shí)驗(yàn)室在大負(fù)色散耗散孤子光纖激光器方向的研究中取得進(jìn)展。通過一種九字形光纖激光器結(jié)合啁啾光纖光柵，獲得工作在大負(fù)色散區(qū)域耗散孤子脈沖，并通過數(shù)值仿真揭示大負(fù)色散耗散孤子的工作機(jī)制，相關(guān)研究成果發(fā)表在Optics Letters上。
耗散孤子光纖激光器已被證實(shí)是一種獲得高單脈沖能量、高峰值功率的超快激光脈沖的有效手段。目前，多數(shù)報(bào)道的耗散孤子光纖激光器工作在正色散區(qū)域。因此，是否能在大負(fù)色散區(qū)域獲得高性能的耗散孤子是一個(gè)值得研究的課題。
研究人員實(shí)驗(yàn)搭建一個(gè)九字形光纖激光器，該激光器是一種新型的非線性放大環(huán)形鏡鎖模光纖激光器，具有全保偏結(jié)構(gòu)，腔內(nèi)插入一個(gè)不可逆的移相器器以促進(jìn)鎖模操作的自啟動(dòng)。由于普通單模光纖在1 μm波段呈現(xiàn)正色散特性，所以該研究在九字腔的單臂結(jié)構(gòu)中加入一個(gè)啁啾光纖光柵，使得腔內(nèi)的總色散處于大負(fù)色散區(qū)域。通過調(diào)節(jié)泵浦功率，可獲得單脈沖能量為3.5 nJ，脈沖寬度為7.9 ps，重復(fù)頻率為26.4 MHz的耗散孤子輸出。與傳統(tǒng)正色散耗散孤子不同，該報(bào)道的大負(fù)色散耗散孤子的光譜呈現(xiàn)雙曲正割形狀，且半高全寬僅為0.17 nm。
研究團(tuán)隊(duì)通過基于金茲堡-朗道方程和分步傅里葉法的數(shù)值模擬，表明大負(fù)色散耗散孤子形成機(jī)制中伴隨著三種不同的“呼吸”作用，分別為時(shí)域呼吸、頻域呼吸和啁啾呼吸。與正色散耗散孤子相比，啁啾呼吸是該報(bào)道的大負(fù)色散耗散孤子的特有機(jī)制。由于這種啁啾呼吸機(jī)制的存在，輸出的脈沖光譜寬度才能保持在較窄的0.17 nm。這種具有窄光譜特性、小于10 ps脈沖寬度的耗散孤子激光器兼具耐高低溫變化、易自啟動(dòng)、小型化和成本低等特點(diǎn)，是后續(xù)超快脈沖固體放大的理想光纖種子源，可為微納加工、精密硬脆材料加工等應(yīng)用方向提供解決方案。
研究工作獲得國家自然科學(xué)基金的支持。
圖1.九字腔大負(fù)色散耗散孤子光纖激光器實(shí)驗(yàn)裝置圖
圖2.大負(fù)色散耗散孤子光纖激光器輸出脈沖性能指標(biāo)（a）光譜圖（b）脈沖序列（c）頻譜圖（d）自相關(guān)信號(hào)
來源：中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
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