【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近期，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所先進(jìn)激光與光電功能材料部龐盟研究員團(tuán)隊(duì)與羅素先進(jìn)光波科學(xué)中心團(tuán)隊(duì)合作，在基于空芯光子晶體光纖的2.8μm波段中紅外超快脈沖的柔性傳輸研究取得進(jìn)展。相關(guān)研究成果以“Flexible delivery of broadband, 100 fs mid-infrared pulses in the water-absorption band using hollow-core photonic crystal fiber”為題發(fā)表于Optica。
 

　　高功率中紅外超快寬譜光源在先進(jìn)光譜學(xué)、材料精密加工、醫(yī)療手術(shù)及遙感等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。然而，受限于激光傳輸手段的不足，中紅外激光技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展受到嚴(yán)重制約。在傳統(tǒng)傳輸方案中，空間光路中氣體分子的強(qiáng)吸收會(huì)引起輸出光斑畸變并降低脈沖質(zhì)量；而實(shí)芯中紅外光纖在傳輸過(guò)程中容易發(fā)生嚴(yán)重的非線性積累，導(dǎo)致輸出的時(shí)頻域信號(hào)嚴(yán)重畸變。
 

　　為克服上述限制，實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)以中紅外脈沖光纖激光器為光源，采用長(zhǎng)度為 5 m 的空芯光子晶體光纖作為傳輸通道，搭建了超快中紅外脈沖傳輸系統(tǒng)。該空芯光子晶體光纖的兩端固定于氣室內(nèi)，并可通過(guò)真空泵對(duì)其進(jìn)行抽真空處理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在抽真空條件下，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了激光整體傳輸效率超過(guò) 70% 和近衍射極限的高斯光束輸出。通過(guò)材料色散補(bǔ)償，最終獲得了脈寬 98 fs(變換極限脈寬 96 fs)、峰值功率達(dá) 170 kW、基模能量占比超過(guò) 95% 的高質(zhì)量超快脈沖輸出。此外，實(shí)驗(yàn)人員還將該傳輸方案與同等長(zhǎng)度的空間光路及實(shí)芯氟化物光纖進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了空芯光子晶體光纖在高峰值功率中紅外超快脈沖傳輸中的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。該實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了高效率、高保真度且高單模純度的中紅外激光柔性傳輸，為寬帶中紅外超快光源在光譜學(xué)、紅外對(duì)抗及遙感等領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了良好基礎(chǔ)。
 

　　相關(guān)工作得到了中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)專項(xiàng)、上海市科技創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃、上海市科技計(jì)劃項(xiàng)目支持。
 

　　圖1 (a) 實(shí)驗(yàn)光路，Lens，鍍膜的CaF2平凸透鏡；HWP，半波片；QWP，四分之一波片；FM，扳倒鏡；FTIR，傅里葉變換紅外光譜儀；AC，自相關(guān)儀，(b) 光纖結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖，(c)使用截?cái)喾y(cè)量的損耗譜，陰影區(qū)域表示測(cè)量不確定性(橙色，左側(cè)軸)，計(jì)算的色散曲線(藍(lán)色，右側(cè)軸)，(d) 經(jīng)5米長(zhǎng)空芯光子晶體光纖的輸出功率，(e)使用30 mm的ZnSe和5 mm的Ge材料，實(shí)現(xiàn)了近變換極限脈寬98 fs的脈沖輸出。

 

　　圖2 (a) 水汽的歸一化吸收光譜，(b) 激光直接輸出(灰色)和在空間光路的傳輸譜(紫色)、空芯光子晶體光纖在空氣中的傳輸譜(綠色)以及空芯光子晶體光纖在真空中的傳輸譜(紅色)，右邊顯示在2.7-2.8 μm范圍內(nèi)的放大光譜，(c) 實(shí)芯氟化物光纖中的拉曼孤子產(chǎn)生。左邊為FTIR光譜，右邊為自相關(guān)跡。