研究科學家Tong Zhou（左）和Siyun Chen在ATAP的光纖激光器實驗室研究多個光纖激光器的光譜組合。
據《激光制造網》了解，最近的《Optics Express》發布了一篇來自加利福尼亞伯克利實驗室加速器技術與應用物理部門（ATAP）的論文，論文稱該部門的一組研究人員開發了一種新技術，可以將不同波長的光纖激光器組合在一起，產生超短激光脈沖。該團隊表示，這項研究或可推動激光等離子體加速器（LPA）的發展，還可能推動高能物理的前沿，并在材料科學、聚變研究和許多其他領域獲得新發現。
LPA使用穿過等離子體的強超快激光脈沖來加速帶電粒子，其速度是當前技術的一千倍。與傳統加速器相比，這些設備的結構更緊湊，功能更強大，建造和運行成本更低。
目前，大多數LPA使用的激光脈沖重復頻率僅為幾赫茲；然而，ATAP的研究人員Siyun Chen表示，要想充分發揮LPA的潛力，需要能夠產生重復率在千赫茲或更高的超短、高能激光脈沖的大功率激光系統。
她補充道，這些限制對產生這種脈沖的激光系統提出了苛刻的要求。因此，研究人員將目光轉向了光纖激光器，她解釋說，光纖激光器是 “迄今為止已證明的最高效的高功率激光技術，而且還具有廣泛的工業發展前景，可以在我們的工作中加以利用”。
雖然光纖激光器產生的脈沖能量和功率可以通過在空間和時間上組合多個脈沖來放大，但這些脈沖目前僅限于100飛秒左右，不夠短，無法驅動LPA。
領導這項新技術開發的ATAP研究科學家Tong Zhou解釋說：“雖然光纖激光器系統具有最高的壁插效率（電光功率效率），但在這些系統中放大的超短激光脈沖頻譜卻很窄。”
壓縮后的自相關測量軌跡（組合脈沖和每個通道的脈沖）以及組合頻譜的變換限制脈沖的自相關計算軌跡。
“這種增益收窄是激光脈沖以這種方式放大時產生的基本效應；脈沖光譜越窄，持續時間就越長。因此，高功率光纖激光器要產生短于約100飛秒的脈沖非常具有挑戰性”。
然而，通過對在相鄰波長范圍內工作的多個激光脈沖進行光譜組合，該團隊實現了超寬組合光譜，能夠支持數十飛秒的超短脈沖。
為了增加帶寬并產生數十飛秒長的脈沖，研究人員首先使用了一個鎖模振蕩器和摻鐿光纖放大器，以 100 MHz 的重復頻率產生120飛秒的脈沖。這些脈沖被送入光子晶體光纖，其光譜從27納米擴大到90納米。
Siyun Chen說："這種超寬帶光譜組合與合成脈沖整形產生的脈沖持續時間只有42飛秒，大大短于三個光纖通道各自產生的脈沖。“我們相信，這是迄今為止光譜組合鐿光纖激光系統實現的最短脈沖持續時間。”
Tong Zhou說：“雖然這項工作展示了迄今為止能量較低的超快脈沖，但它展示了超寬帶光譜組合和相干光譜合成脈沖整形的關鍵原理，并為使用光纖激光器驅動 LPA 提供了前進的道路。”
該團隊計劃增加更多的放大級，并實施能夠在空間、時間和光譜上組合光纖激光器的多維技術，以產生高能量的數十飛秒激光脈沖。
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