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將激光調諧到紅外波長的創新方法:研究人員發現了一種將激光的光譜調諧到紅外的經濟有效的方法
2020年10月16日    閱讀量:10096    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

國家科學研究所(INRS)的研究人員發現了一種經濟有效的方法,可以將激光器的光譜調諧到紅外線,這是許多激光器應用中非常感興趣的波段。


他們與奧地利和俄羅斯的研究團隊合作開發了這項創新,現在已成為專利申請的主題。他們的工作結果最近發表在光學協會(OSA)的旗艦雜志Optica中中國建材網cnprofit.com。


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在此研究領域中,如果激光波長位于紅外區域并且可能在紅外區域可調,則許多激光應用都具有決定性的優勢。


但是,當前的超快激光技術仍然很難做到這一點,科學家需要探索各種非線性過程來改變發射波長。


特別是,到目前為止,光參量放大器(OPA)是到達此紅外窗口的唯一公認的工具。盡管OPA系統提供了廣泛的可調性,但它們很復雜,通常由多個階段組成,并且非常昂貴。


盧卡·拉扎里(Luca Razzari)教授與羅伯特·莫蘭多蒂(Roberto Morandotti)教授合作的研究團隊已經證明,使用簡單且便宜得多的系統:填充有氮的空心(毛細管)光纖也可以實現大波長可調諧性。


另外,這種方法很容易傳遞比輸入激光器短的光脈沖,并具有較高的空間質量。研究人員還受益于INRS在該領域的專業知識,因為用于拉伸和固定此類纖維的特殊系統是由初創的幾個周期推向市場的。


不對稱光譜展寬


通常,中空纖維填充有單原子氣體(例如氬氣),以對稱地加寬激光的光譜,然后將其重新壓縮為短得多的光脈沖。研究小組發現,通過使用諸如氮氣之類的分子氣體,光譜加寬仍然是可能的,但是出乎意料。


“頻譜不是對稱地擴散,而是朝著能量較低的紅外波長轉移,令人印象深刻。


這種頻移是與氣體分子旋轉相關的非線性響應的結果,因此,可以通過改變氣體壓力來輕松控制(即分子中的分子數量)”,Razzari團隊的負責人Riccardo Piccoli博士解釋說。


一旦光束向紅外方向變寬,研究人員就對輸出光譜進行濾波,以僅保留感興趣的波段。通過這種方法,能量以比輸入短三倍的脈沖傳輸到近紅外光譜范圍內(效率與OPA相當),而無需任何復雜的設備或額外的脈沖后壓縮系統。


國際合作


為了完成研究,INRS科學家與奧地利和俄羅斯的同事一起參加了會議。拉扎里說:“我們在一次會議上發現了兩個小組觀察到的現象有多相似后,便匯集了我們的專業知識?!?/p>


由安德留斯·巴爾圖斯卡教授和保羅·卡佩吉安尼博士領導的設在維也納的研究人員團隊擁有與國際研究戰略相輔相成的戰略。


他們還使用了充氮的空心光纖,但是他們沒有過濾光譜,而是使用能夠調節加寬脈沖相位的反射鏡及時壓縮了頻譜。


Carpeggiani博士說:“在這種情況下,紅外線的整體移動不是那么極端,但是最終脈沖要短得多而且強度更大,非常適合于阿秒和強場物理學?!?/p>


由Aleksei Zheltikov教授領導的莫斯科研究小組致力于開發理論模型來解釋這些光學現象。


通過將這三種方法結合起來,研究人員不僅能夠充分理解復雜的內部動力學,而且不僅能夠使用氮實現極高的紅移,而且還能實現紅外范圍內的有效脈沖壓縮。


國際團隊認為,該方法可以很好地滿足對激光和強場應用中長波長超快光源不斷增長的需求,首先是基于新興的laser激光技術的較便宜的工業級可調諧系統。


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