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理化所皮秒光参量激光研究取得创新成果

来源:中国科学院网站

  发布:Nick

关键词:皮秒激光 皮秒光参量

2018-07-24

中国科学院理化技术研究所激光物理与技术研究中心团队在中国工程院院士许祖彦、研究员彭钦军带领下,在固体激光领域持续耕耘数十载。近期,该团队在皮秒光参量激光研究领域取得创新成果,解决了国际上长期以来超短脉冲光参量振荡(OPO)难以实现大能量输出的难题,受到国际学术界关注和报道。

  该团队开创性地提出了一种新型高能量超短脉冲光参量振荡技术,突破了超短脉冲光学参量振荡(OPO)能量提升的难题。大能量超短脉冲OPO在很多领域具有重要的应用,如阿秒光科学、激光与材料相互作用以及激光遥感等。在传统的同步泵浦超短脉冲OPO设计中,要想实现大能量超短脉冲OPO输出,基频光脉冲需工作在低重频,然而,为满足同步泵浦条件,脉冲重复频率越低,所需要的OPO腔长越长,导致之前报道的超短脉冲OPO获得的脉冲能量有限,仅在μJ量级。激光中心研究人员提出再生放大——光参量振荡(RG-OPO)的新思路(图1),得以在长度仅为1.5 m的OPO腔中实现最大脉冲能量30.5 μJ、重频10 kHz、波长1.53 μm、脉宽7 ps的OPO信号光脉冲输出,将国际上皮秒OPO输出的最高单脉冲能量一举提升了20倍。相关成果发表在Optics Letters [43(3):539,2018]上,随后被Laser Focus World在2018年第2期评为Newsbreaks专题报道。

  该研究成果在国际上率先开启了超短脉冲OPO能量进入数十μJ的大门,并有潜力在未来提高3个量级至数mJ级,解决了长期以来超短脉冲OPO脉冲能量止步于μJ量级的国际难题。该技术不仅适用于皮秒OPO,同样也适用于飞秒OPO。

  这项突破性研究成果是团队在前期对短脉冲固体激光进行持续研究的基础上取得的。此前,该团队在1.3 μm短纳秒脉冲激光器方面的研究也取得了亮点成果。生物光学、频率变换、激光通信等领域需求一种高功率、低成本,脉宽小于10 ns的1.3 μm波段激光器,该团队研究人员意识到腔倒空调Q方法获得1.3 μm波段高功率窄脉宽纳秒激光的优势,且该方法具有脉冲宽度不受输出功率、重复频率等因素影响的特点,而在此之前,国际上尚未有人开展这方面的研究。该团队通过深入研究,实现了最大功率3.2 W,重复频率2-10 kHz,脉宽4.7 ns的1.3 μm脉冲激光输出。在相同条件下,传统调Q方式获得的脉宽为120 ns,而腔倒空调Q获得脉宽仅为4.7 ns(图2)。该研究成果发表在Applied Optics[54(4):717,2015]上,被OSA选入2015年2月的Spotlight On Optics,并致函表示祝贺,评价这项研究进展将会激励1.3 μm波段脉冲激光更加深入的研究应用。

  

图1 基频皮秒脉冲与OPO信号光脉冲能量随泵浦功率变化,OPO最大脉冲能量30.5 μJ 

图2 腔倒空调Q和传统调Q方式获得的1.3 μm脉冲激光波形对比:(a)腔倒空调Q脉冲,(b)传统调Q脉冲