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时空锁模激光器中的非线性光束清洁

在过去的几十年中,对于使用单模光纤的锁模光纤激光器,仅考虑了时间模。锁模单模光纤激光器由于具有高增益掺杂,本质上是单空间模式和紧凑的设置而具有优势。然而,就功率水平而言,锁模光纤激光器具有高度的非线性,这是由单模光纤的纤芯尺寸较小引起的。瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)的研究人员最近开发了一种新的方法,用于产生具有单模光束质量的高能,超短脉冲:在多模激光腔中进行非线性光束清洁。

时空锁模

解决功率水平问题的传统方法是首先生成低功率超短脉冲(所谓的激光振荡器),然后是级联放大器以提高功率水平。但是外部放大会增加成本和复杂性。

最近,多模光纤,特别是渐变折射率多模光纤,由于其低的模态色散和内部光的周期性自聚焦而备受关注。梯度折射率多模光纤已证明了空间光束清洁,波长转换和时空锁模。

时空锁模是一种生成超短脉冲的较新方法。它在多模激光腔内的空间效果和时间效果之间建立了平衡,支持多条路径来引导光。光纤的大多模纤芯直径减小了空腔的非线性,并使系统无需外部放大即可达到高脉冲能量。但是,由于其多模性质,高功率时空锁模激光器的输出光束质量很差。

通过非线性光束清洁获得单模光束质量

EPFL研究人员在多模激光腔中演示了非线性光束清洁技术,这是有史以来的首次演示,它可以产生具有单模光束质量的高能量,超短脉冲。他们的报告发表在同行评审的开放存取期刊Advanced Photonics上,该报告显示,在实现锁模时,经过工程设计的腔内时间脉冲特性可使路线产生高质量的光束。

他们的设计允许以紧凑和低成本的形式生成具有高脉冲能量(> 20 nJ)的亚100飞秒脉冲,并且光束质量为M2值(如果没有外部放大,则小于1.13)。该团队通过模式解析仿真研究了复杂的腔动力学,并在数值和实验上证实了非线性光束清洁。

主要作者Ugur Tegin指出,他的团队的工作提出了一种利用和控制时空非线性动力学以产生超短脉冲的新方法。这项研究的结果表明,可以使用市售的标准组件来构造光纤激光器的良好光束质量,高脉冲能量和低于100 fs的脉冲持续时间。所报道的方法可以扩展到纤芯尺寸更大的光纤,以进行进一步的功率缩放,同时保持低于100 fs脉冲的光束质量。

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