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将激光调谐到红外波长的创新方法

发布时间: 2020-11-10 11:03:13   作者:本站编辑   来源: 本站原创   浏览次数:

  美国国家科学研究所(INRS)的研究人员发现了一种经济有效的方法,可以将激光的光谱调到红外波段,这对许多激光应用都很有意义。他们与奥地利和俄罗斯的研究团队合作开发了这项创新,现在已成为专利申请的主题。他们的研究成果最近发表在美国光学学会协会(OSA)的旗舰杂志“Optica”上。 

  

  图6. 一束激光光脉冲(蓝色)从左侧进入充满氮气(红色分子)的空心光纤中,沿着传播方向,光谱向更长的波长方向展宽,如图所示为橙色输出光束(右)

  在此研究领域中,如果激光波长位于红外区域并可能在红外区域可调,则许多激光应用都具有决定性的优势。但是,当前的超快激光技术仍然很难做到这一点,科学家需要探索各种非线性过程来改变发射波长。特别是,到目前为止,光参量放大器(OPA)是迄今为止红外窗口的唯一公认的工具。尽管OPA系统提供了广泛的可调性,但它们很复杂,通常由多个阶段组成,并且非常昂贵。 

  Luca Razzari教授与Roberto Morandotti教授合作的研究团队已经证明,大波长的可调性可以通过一种简单且便宜的系统来实现:一种充满氮气的中空芯(毛细管)光纤。另外,这种方法很容易传递比输入激光更短的光脉冲,并具有较高的空间质量。 

  不对称光谱展宽

  通常,中空纤维填充有单原子气体,如氩气,以对称地加宽激光器的光谱,然后将其压缩为更短的光脉冲。研究小组发现,通过使用诸如氮气这样的分子气体,光谱加宽仍然是可能的,但是出乎意料。 

  “光谱并没有对称地扩散,而是朝着能量较低的红外波长转移,令人印象深刻。这种频移是与气体分子旋转相关的非线性响应的结果,因此,可以通过改变气体压力来控制(即分子数量)”,Razzari小组的负责人Riccardo Piccoli博士解释说。 

  一旦光束向红外方向展宽,研究人员就对输出光谱进行滤波,只保留感兴趣的波段。通过这种方法,能量在比输入短三倍的脉冲中转移到近红外光谱范围(效率与OPA相当),而无需任何复杂的装置或额外的脉冲后压缩系统。 

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