近期，中國科學院上海光學精密機械研究所高功率光纖激光技術實驗室在特殊波長的飛秒超快光纖激光器研制方向取得重要進展。該團隊首次報道了一種基于色散管理、全保偏九字腔的978 nm飛秒摻鐿光纖激光器。相關研究成果以Generation of 978 nm dispersion－managed solitons from a polarization－maintaining Yb－doped figure－of－9 fiber laser為題，發表在《光學快報》（Optics Letters）上。
圖1．978 nm九字腔色散管理孤子光纖激光器實驗裝置圖
978 nm摻鐿飛秒鎖模光纖激光器因獨特的應用價值而備受關注。然而，由于Yb3＋在978 nm波長附近的吸收截面近似等于發射截面，為了在這個波長獲得高性能激光輸出，必須克服978 nm處的激光自吸收和1030 nm附近的放大自發輻射（ASE）等問題。此外，Yb3＋在978 nm附近的增益帶寬相對較窄，這進一步增加了在該波長下獲得飛秒激光脈沖的難度。因此，與1 μm以上的傳統摻鐿鎖模光纖激光器相比，實現這種978 nm的飛秒光纖激光器面臨著更大挑戰。
圖2． 978 nm九字腔光纖激光器輸出脈沖參數。（a）光譜，（b）脈沖序列，（c）射頻譜，（d）自相關信號，（e） 腔外壓縮后的頻譜和（f）自相關信號。
圖3． 數值模擬結果。（a、b）輸出色散管理孤子的光譜和時間特性；（c、d）腔內脈沖的時頻演化過程。
針對上述問題，研究團隊采用基于九字腔結構的非線性放大環鏡（NALM）技術實現了978 nm處色散管理孤子的穩定輸出。實驗中，通過控制激光腔內各色散元件的參數有效地管理了腔內總色散，并引入濾波器來抑制1030 nm的ASE，最終獲得了具有14．4 nm光譜帶寬和175 fs的高相干激光脈沖。此外，激光腔由全保偏光纖器件組成，能夠有效抗溫度、震動等環境擾動，確保了鎖模脈沖的長期穩定性。數值模擬結果表明，978 nm色散管理孤子的光譜寬度主要受限于Yb3＋在相關波長附近的增益帶寬。未來，可以利用非線性效應在腔外進一步展寬光譜，從而在這個特殊波長實現更窄脈寬的激光輸出。該研究實現的978 nm鎖模脈沖是迄今為止報道的相關波長超快光纖激光器中能夠輸出的最短脈沖，在水下通信和太赫茲波產生等領域具有良好的應用前景。
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