具有多千兆赫脈沖重復(fù)率的超快激光器對(duì)于需要高采樣率或可分辨頻率梳狀線的應(yīng)用是理想的。ETH研究人員現(xiàn)在已經(jīng)解決了一個(gè)長(zhǎng)期存在的問(wèn)題，這些問(wèn)題阻礙了千兆赫二極管泵浦超快固態(tài)激光器的研究。
在蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的超快激光物理（ULP）小組開發(fā)的鎖模10 GHz Yb：CALGO激光器的原型。（照片：Aline Mayer，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院）
在蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的超快激光物理（ULP）小組開發(fā)的鎖模10 GHz Yb：CALGO激光器的原型。（照片：Aline Mayer，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院）
所謂的光頻梳（OFCs）已成為計(jì)量和光譜學(xué)中廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵工具，Ursula Keller教授在量子電子研究所做出了重要的開創(chuàng)性貢獻(xiàn)。為了生產(chǎn)具有易于分辨并且同時(shí)具有低噪聲水平的梳狀線的OFC，需要專用的激光系統(tǒng)。近年來(lái)，光子學(xué)界在OFCs的開發(fā)和改進(jìn)方面取得了重大進(jìn)展 - 現(xiàn)在存在各種各樣的系統(tǒng)，從電光和微諧振梳到Kerr透鏡鎖模（KLM）Ti：藍(lán)寶石激光器。然而，所有這些當(dāng)前的千兆赫茲OFC都具有在系統(tǒng)復(fù)雜性，成本，穩(wěn)定性，重復(fù)率和/或平均功率方面需要妥協(xié)的缺點(diǎn)。
具有半導(dǎo)體可飽和吸收鏡（SESAM）的直接二極管泵浦超快固態(tài)激光器在過(guò)去已被證明是穩(wěn)定可靠的OFC源。然而，到目前為止，他們從未能夠以> 10 GHz的重復(fù)頻率提供高功率（瓦特級(jí)）和短（即飛秒）脈沖。由于固有的脈沖能量波動(dòng)越來(lái)越難以在高重復(fù)率下抑制并且傾向于損壞激光器部件，因此難以達(dá)到這樣的水平。
Aline Mayer和Christopher Phillips博士是凱勒的團(tuán)隊(duì)成員（量子電子研究所），現(xiàn)在推出了一種可以克服這些權(quán)衡的新型鎖模激光器。在《自然通信》雜志上寫道，它們最近推出了一種連續(xù)波的第一飛秒瓦特級(jí)操作鎖模固態(tài)激光器在超過(guò)10GHz的重復(fù)率。
他們成功的關(guān)鍵是將SESAM與微結(jié)構(gòu)非線性器件結(jié)合使用，該器件具有大的，可調(diào)諧的和低損耗的自散焦克爾非線性。這種無(wú)源腔內(nèi)器件通過(guò)一種新型二維圖形化準(zhǔn)相位匹配晶體實(shí)現(xiàn)，可保護(hù)激光器元件，并通過(guò)非常簡(jiǎn)單的線性激光腔實(shí)現(xiàn)10 GHz重復(fù)頻率下的穩(wěn)定短脈沖操作。
該方法可以使用理想的腔體格式以及使用低成本多模式二極管直接泵浦，而不會(huì)影響性能或重復(fù)率。因此，這種創(chuàng)新設(shè)計(jì)代表了一類新的高重復(fù)頻率激光器，不再受以前系統(tǒng)的折衷。因此，到目前為止，只有在具有昂貴的Ti：藍(lán)寶石激光系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中才能實(shí)現(xiàn)的眾多應(yīng)用現(xiàn)在應(yīng)該變得更容易獲得。
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