瑞士团队成功演示单腔激光器多路复用，可实现多种高精度应用

2022-11-28 14:55

近期，瑞士苏黎世联邦理工学院量子电子研究所Ursula Keller领导的研究团队宣布，他们成功演示了一种新的单腔双梳激光器设计。

研究人员介绍称，这种单腔双梳激光器设计可用于长期稳定的、可靠精确的光延迟扫描，有助于实现新型超快脉冲激光器的商业化。具体来看，该激光器可用于多种应用，包括泵－探针采样、光学测距和高分辨率气体吸收光谱。

（图片来源：ETH Zurich）

产生一系列持续重复的激光脉冲，已经成为了许多高精度应用的关键，其中就包括距离和光谱学测量。而要产生这种激光脉冲序列，其中一种关键方法是将激光输出分成两束，然后改变脉冲速率。然而，使用目前的双光频梳方法的科学家们很难通过简单的设计创建出实用的系统，从而提供高质量和高度稳定的脉冲。

Keller和她的团队对单激光双梳问题的突破关键点之一在于，他们使用高反射双棱镜将单激光腔模式分裂为两部分。这让两个具有不同间距的光梳能够实现空间分离，以产生不同的脉冲率，同时保持几乎相同的光学特性。双棱镜还可以用压电驱动器进行调整，从而调整两个梳之间的重复率差异，从－450 Hz到600 Hz。

在展示他们的单腔双梳激光系统之前，研究人员首先对两种光梳进行了表征。每个输出光束实现同步锁模（平均功率为2．4 W），第一个梳的脉冲持续时间为138 fs，第二个梳的脉冲持续时间为132 fs。

接下来，Keller和她的同事证实了单腔获得两个具有低子周期相对定时抖动（比几乎所有频率的绝对定时抖动谱低25 dB）的激光脉冲序列的有效性。

在泵浦探针光谱应用的演示设置中，研究人员将80 mhz固态激光器与光学参数振荡器耦合，以产生用于泵浦探针采样应用的多色结构。为了提高脉冲稳定性，他们在双棱镜位置上实现了一个基于交叉相关的缓慢反馈环，以消除可能改变重复率的缓慢环境漂移。团队对最终的基准测试结果非常满意，它能够在5小时内以高达500 hz的速率实现12 ns的光延迟和2 fs的精度。