研究人员已经开发出第一种能够在电磁波谱可见范围内产生飞秒脉冲的光纤激光器。来源:Jér?me Lapointe
技术进步为可靠、紧凑的超快激光器在生物医学等领域的应用奠定了基础。
研究人员最近开发出了第一台能够在电磁波谱可见范围内产生飞秒脉冲的光纤激光器。这一进展在各种生物医学和材料加工应用中具有潜力。这些激光器的独特之处在于它们能够产生超短、明亮的可见波长脉冲，这是激光技术向前迈出的重要一步。
克服光纤激光器发展中的挑战
从历史上看，实现可见飞秒脉冲需要复杂且固有效率低下的设置。尽管光纤激光器因其坚固/可靠、占地面积小、效率高、成本低和亮度高而成为一种非常有前途的替代方案，但到目前为止，还不可能直接用这种激光器产生持续时间在飞秒(10-15秒)范围内的可见脉冲。
“我们的飞秒光纤激光器在可见光谱下的演示为新型可靠、高效、紧凑的超快激光器铺平了道路，”来自加拿大拉瓦尔大学的研究小组负责人rsamal vallsame说。
新型光纤激光器的技术细节
研究人员在光学出版集团的《光学快报》杂志上描述了他们的新型激光器，该激光器基于一种掺杂镧系元素的氟化物光纤。该激光器发射红光635 nm，实现压缩脉冲，持续时间为168 fs，峰值功率为0.73 kW，重复频率为137 MHz。使用商用蓝色激光二极管作为光源的能量，或泵浦源，有助于使整体设计坚固，紧凑，和成本效益。
研究小组成员包括rsamal vallsame, Marie-Pier Lord, Michel Olivier以及Martin Bernier，他没有在照片中。来源:Jér?me Lapointe
“如果在不久的将来可以实现更高的能量和功率，那么许多应用都可以从这种类型的激光器中受益，”参与该项目的博士生玛丽- pier Lord说。潜在的应用包括高精度、高质量的生物组织消融和双光子激发显微镜。飞秒激光脉冲还允许在材料加工过程中进行冷烧蚀，因为它不会产生热效应，因此(比长脉冲)可以更清洁地切割。”
扩展光纤激光器的光谱范围
在光纤激光器中，掺稀土元素的光纤作为激光介质。虽然光纤激光器是最简单、坚固和可靠的高亮度激光系统之一，但二氧化硅光纤的使用往往将其限制在近红外光谱区域。vallsame的团队一直致力于通过使用氟化物而不是二氧化硅制成的纤维来扩展这些激光源的光谱范围。
“我们以前专注于开发中红外光纤激光器，但最近对可见光光纤激光器产生了兴趣，”Lord说。“尽管这种激光器缺乏紧凑和高效的泵浦源，长期以来阻碍了它们的发展，但最近在蓝色光谱中工作的半导体激光源的出现，为开发高效的可见光纤激光器提供了关键技术。”
在展示了连续发射可见波长的光纤激光器之后，研究人员希望将这一进展扩展到超快脉冲源。由于氟化物纤维制造工艺的改进，现在有可能获得对开发高效可见光纤激光器至关重要的性能的镧系掺杂纤维。
创新与未来方向
vallsamade团队开发的新型脉冲光纤激光器将镧系掺杂氟化物光纤与市售的蓝色二极管泵浦激光器结合在一起。为了产生并保持脉冲输出，研究人员还必须弄清楚如何仔细管理光纤中的光偏振。
合著者米歇尔·奥利维尔说:“在新波长下开发激光器，光学元件的材料特性与以前使用的不同，有时会很棘手。”“然而，我们的实验表明，我们的激光器的性能与我们的模拟非常吻合。这证实了该系统的良好表现和理解，并且该系统的重要参数得到了正确的表征，并很好地适应了脉冲激光器，特别是我们使用的光纤的特性。”
接下来，研究人员希望通过使整个装置完全单片化来改进技术，这意味着单个光纤尾纤光学元件都将直接相互连接。这将减少装置的光学损耗，提高效率，使激光器更加可靠、紧凑和坚固。他们也在研究不同的途径来提高激光的脉冲能量、脉冲持续时间和平均功率。
参考文献:“可见飞秒光纤激光器”，作者:Martin Bernier, Michel Olivier, Marie-Pier Lord和rsamal vallsame, 2023年7月14日，光学通讯。DOI: DOI: 10.1364 / OL.492671
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