上海光機所在基于空芯反諧振光纖的藍(lán)移孤子研究中取得進(jìn)展

近日，中科院上海光機所強場激光物理國家重點實驗室與羅素先進(jìn)光波科學(xué)中心團(tuán)隊在基于空芯反諧振光纖的藍(lán)移孤子研究中取得進(jìn)展。相關(guān)研究成果以“Spectral Bandwidth Tuning of Photoionization-induced Blue-Shifted Solitons in gas-Filled Hollow-Core Anti-Resonant Fibers”為題發(fā)表于IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics。

空芯反諧振光纖具有結(jié)構(gòu)簡單、低損耗、寬帶傳輸窗口等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于高功率激光傳能、光纖傳感、光纖通信以及超快非線性光學(xué)等研究領(lǐng)域。而在基于空芯反諧振光纖的超快非線性光學(xué)研究中，通過改變空芯波導(dǎo)中的氣體類型和氣壓能夠有效調(diào)控波導(dǎo)中的色散和非線性，從而實現(xiàn)豐富的孤子動力學(xué)過程。其中，孤子與等離子體相互作用產(chǎn)生的藍(lán)移孤子可以實現(xiàn)高效率的激光頻率上轉(zhuǎn)換，從而產(chǎn)生近紅外和可見光波段、波長可調(diào)諧的超短激光脈沖，近年來引起了領(lǐng)域內(nèi)的廣泛關(guān)注。

研究團(tuán)隊自2018年以來系統(tǒng)地開展了空芯反諧振光纖中孤子-等離子體相互作用研究，取得了一系列研究成果。包括：實現(xiàn)藍(lán)移孤子中心波長連續(xù)調(diào)諧[Optics Express 26, 34977 (2018), Optics Letters 44, 1805 (2019)]，藍(lán)移孤子譜寬調(diào)諧[Optics Express 27, 30798 (2019)]，驗證絕熱孤子自壓縮[Optics Letters 44, 5562 (2019)]，藍(lán)移孤子驅(qū)動的高效諧振色散波輻射[Optics Express 28, 17076 (2020)]等。

圖1.同一中心波長下藍(lán)移孤子譜寬調(diào)諧特性（a）藍(lán)移孤子光譜測量，（b）藍(lán)移孤子譜寬及傅里葉變換極限脈寬，（c）藍(lán)移孤子的孤子階數(shù)

圖2.不同氣壓下藍(lán)移孤子的時域測量（a）5.5 bar，（b）7 bar，（c）8 bar

圖3.藍(lán)移孤子穩(wěn)定性及近場光斑質(zhì)量（a）光譜穩(wěn)定性，（b）能量穩(wěn)定性，（c）近場光斑分布

在本項研究中，研究團(tuán)隊系統(tǒng)研究了藍(lán)移孤子的譜寬調(diào)控機理，通過理論和實驗相結(jié)合，揭示了這種譜寬調(diào)諧規(guī)律遵循孤子面積理論。在實驗中，通過改變空芯反諧振光纖中的氣壓和入射脈沖能量，在光纖輸出端獲得了高重復(fù)頻率（10 kHz）可調(diào)諧超快脈沖，中心波長調(diào)諧范圍為900 nm至650 nm，帶寬調(diào)諧范圍為100 nm至180 nm（700 nm波長處），對應(yīng)7.2 fs至5.4 fs的可調(diào)諧脈沖寬度，實驗的結(jié)果與理論預(yù)測相吻合。這種可調(diào)諧超快光源有望應(yīng)用于超快光譜學(xué)和非線性光學(xué)等研究領(lǐng)域。

此項研究得到了國家自然科學(xué)基金、博士后創(chuàng)新人才支持計劃、中國博士后科學(xué)基金、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項B類、上海市重大科技專項等項目的支持。

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