Light 紫外-可见-红外全谱段白光飞秒激光

  研讨团队提出三阶非线性自相位调制展宽效应协同二阶非线次高次谐波一起发生计划，使用3.3 mJ脉冲能量的中红外飞秒激光泵浦惰性气体空心光纤-纯铌酸锂块材资料-超宽带白光非线性晶体级联体系，成功完成了300-5000 nm紫外-可见-红外全谱段白光飞秒激光的发生，单脉冲能量到达0.54 mJ

  抱负的高功能白光激光具有超大带宽、高峰值功率、高脉冲能量、高时空相干性等优胜功能，是一种簇新的激光器，在现代科学的一切的范畴均有重要的使用远景。

  曩昔60年来，激光技能和非线性光学的有机结合，有用地推进激光频谱规模的拓展，到达了很高的水平。但是，常用的二阶非线性或许三阶非线性计划均存在着输出光谱功能欠安的约束(如光谱带宽有限、光谱散布不均匀、光谱平整度低、光谱亮度低一级缺点)。怎么构建一台高功能的全谱段白光激光器，输出能与咱们日常的太阳光相媲美的掩盖极宽光谱带宽的白光激光光束，一起具有大脉冲能量、高峰值功率以及高时空相干性，仍然是一个庞大的挑战和巨大的方针。

  全谱段白光飞秒激光的发生需求到达两个先决条件：带宽超越一个光学倍频程的强的泵浦飞秒激光光源和具有极大非线性频率上转化带宽的非线性晶体。在实践中想要一起满意这两个条件并不是一件简单的作业。

  研讨团队使用强中红外飞秒激光泵浦由充气空心光纤(HCF)、纯铌酸锂晶体资料(LN)和特别规划的啁啾极化铌酸锂晶体(CPPLN)组成的非线性级联设备，根据高效的二阶和三阶非线性协同相互效果，成功构建了一个史无前例的亮堂、润滑、平整的300-5000 nm紫外-可见-红外全光谱白光飞秒激光光源，具体作业原理如图1(a)所示。此作业首要具有以下两个技能打破和立异点：

  图1. (a) HCF-LN-CPPLN级联模块经过二阶和三阶非线性协同效果发生全谱段白光激光的原理图；(b) 适用于大带宽规模的泵浦激光2-10次谐波一起发生的啁啾结构铌酸锂晶体的结构示意图；(c-d)试验制备的啁啾结构铌酸锂晶体样品的周期结构显微图画；(e)超宽带白光非线性晶体的有用非线性系数谱。

  研讨团队使用其创立的用于规划和评价啁啾结构非线性晶体资料准相位匹配才能的有用非线性系数模型，经过晶体周期、啁啾度、占空比等多个自由度的奇妙调制，规划并制作了能够很好的满意泵浦带宽掩盖一个光学倍频程的2-10次谐波一起发生的超宽带白光非线性晶体，保证了超接连白光激光发生的必要条件之一：作业带宽尽可能宽的非线(b-e)所示，该CPPLN晶体的极化周期沿着光传输方向一直在改变，可供给6个满足宽带且具有较大有用非线性系数的倒格矢带，能够很好地补偿高功率、宽带泵浦条件下整个非线性频率上转化进程的各个相位失配量，经过一系列级联的三波混频进程(倍频和和频进程)完成多阶高次谐波的一起发生，然后终究输出高效的极宽带、超接连白光激光信号。

  研讨团队所提出的全谱段、强脉冲白光飞秒激光发生计划，是一种根据充惰性气体空心光纤(HCF)-纯铌酸锂块材资料(LN)-超宽带白光非线性晶体(CPPLN)级联体系的二阶高次谐波发生和三阶自相位调制展宽效应的立异协同机制。

  如图2(a)所示，研讨团队选用自主研制的光学参量啁啾脉冲扩大(OPCPA)体系作为泵浦激光光源，在单脉冲能量为3.3 mJ 的3.9 mm中红外飞秒脉冲激光的泵浦下，使用HCF-LN体系能够发生一个很强的一个倍频程带宽的中红外激光脉冲；将其作为二级泵浦光源输入到自己共同规划的CPPLN晶体中，此CPPLN晶体包括的一系列高功能的准相位匹配带能支撑高效的宽带2-10次高次谐波发生进程，使得输出光谱带宽大大扩展到紫外-可见-近红外波段。此外，各级谐波本身对CPPLN晶体资料的三阶非线性频谱展宽效应进一步将基波和各级谐波的频谱无缝联接，终究完成了如图2(b-d)所示的单脉冲能量达0.54 mJ，25 dB带宽掩盖300-5000 nm(4个光学倍频程)的紫外-可见-红外全谱段白光激光的发生。很显然，二阶和三阶非线性效应的高效协同效果是成功发明如此平整、滑润和高光谱强度的紫外-可见光-红外全谱段白光飞秒激光的隐秘。

  图2. 在OPCPA体系输出的强中红外飞秒脉冲激光的驱动下，HCF-LN-CPPLN非线性级联模块发生紫外-可见-红外全谱段白光飞秒激光的试验成果。(a) 试验设备图；(b) CPPLN样品出射端观察到的亮堂白光圆形斑驳；(c) 经过光栅分光后的一阶衍射光束，呈现出从紫色到赤色的彩虹图画；(d) HCF-LN-CPPLN模块经过二阶和三阶非线性协同效果发生的紫外-可见-红外全谱段白光激光信号的输出光谱。

  该文所提出的使用二阶非线性高次谐波发生和三阶非线性自相位调制展宽效应协同效果的立异计划，一起处理了超宽带白光飞秒激光发生中尽可能大的泵浦带宽和尽可能大的准相位匹配带宽两大需求，为构建更大带宽、更大能量、更高光谱亮度和更平整光谱概括的超接连光谱白光激光光源迈出了一大步。

  咱们有理由信任并等待，这样一个全谱段强白光激光器能够为光谱学供给一个革命性的东西，并在物理学、化学、生物学、资料科学、信息技能、工业加工和环境监督测定等方面找到潜在的使用。