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紧凑的飞秒激光器发出白光超连续谱

2007-07-20 14:17
水墨黯月
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作者:Gail Overton

应用于光谱或显微技术的超连续谱或白光激光器光源通常包括泵浦激光器和微结构光纤(光子晶体光纤或者楔形光纤)。尽管钛蓝宝石激光器输出的80飞秒脉冲和Yb玻璃激光器输出的200飞秒脉冲都可用于产生超连续光束,但Stuttgart大学和马克思普朗克学院却展示了更加紧凑的低成本便携式超连续光源,它采用折叠腔设计,整体尺寸仅为62cm。

用一个大小为5mm、各向同性、掺Yb 9.5%的磷酸玻璃作为增益介质,所有的参数都与偏振无关,可采用非偏振的光纤耦合激光二极管作为泵浦光源,这种光源比激光二极管阵列的光束质量更好,即使中等泵浦功率也可以产生高输出功率,因此可用Peltier制冷器代替水冷装置。

激光腔包括一个z字型折叠结构,整个谐振腔长度为7.5m,输出脉冲的重复频率为20MHz(见图)。用波长976nm、功率5.2W的光纤耦合激光二极管泵浦激光介质,激光传输介质采用芯径50祄的多模光纤。激光束被聚焦到半导体可饱和吸收镜(SESAM)上,产生稳定的孤子锁模脉冲。为减少元件数目,腔内色散和自相位调制采用平坦色散镜进行补偿。最后,一个输出耦合器使光从谐振腔中输出,它主要通过位于光腔中心的Herriott型多通道单元获得较长的光束路径。 
 

这一飞秒超连续光源的紧凑结构是由z字型折叠腔结构中的多个透镜和腔镜组成的。腔镜M4和M5之间的多通道单元内的光束路径仅仅是示意说明,实际上光束在两腔镜之一的每个镜面上都反射了九次。

尽管腔的结构显得很复杂,但其配置方式完全是根据一个简单的方程来确定的。在激光器的腔内插入一片1mm厚的石英片作为双折射滤波器,可调谐激光输出。例如,脉宽为180fs的光脉冲的波长能在1038~1047nm范围内调谐。在泵浦功率为4.5~5.2W的锁模机制中,激光器可以产生150fs的光脉冲,重复频率为20MHz。在泵浦功率低于4.5W时,可观察到激光器连续输出。

利用飞秒激光器泵浦三种不同类型的楔形光纤以产生超连续光束。为使激光器免受光纤中后向反射光的损伤,在激光输出耦合器与光纤耦合元件之间放置了一个法拉第隔离器。三段光纤的束腰长度均为90mm,但束腰直径不同,分别为2.0祄、2.7祄和4.3祄。最小的束腰直径产生超连续光谱并移至更短的紫外波长,而最大的束腰直径使光谱范围扩展到更长的红外波长。对于束腰直径为2.7祄的光纤,当泵浦激光耦合到光纤中的平均功率为600mW时,在波长为400~1650nm的范围内,可获得平均功率为290mW的连续谱。

泵浦激光器的均方根(RMS)光强噪声为0.43%,这致使白光光源的全部光强噪声达到0.79%。在中心波长633nm附近15nm宽的光谱区域内,计算出的光强噪声RMS仅为2.34%。

研究人员打算使用更小的机械元件来进一步缩小这一紧凑激光器的几何尺寸。研究员Felix Hoos说,“与钛蓝宝石激光器和绿光泵浦激光器以及非线性光纤组合而成的结构相比,这一系统在尺寸上至少缩小了一半。通过使用自行设计的元件和更小的泵浦二极管,有可能将该激光器的尺寸再缩小一半。而且,使用更小的光纤耦合元件也将节省更多空间。”

参考文献
F. Hoos et al., Optics Express 14(22) 10913 (Oct. 30, 2006).

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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