近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所高功率光纖激光技術(shù)實驗室在特殊波長的飛秒超快光纖激光器研制方向取得重要進展。該團隊首次報道了一種基于色散管理、全保偏九字腔的978 nm飛秒摻鐿光纖激光器。相關(guān)研究成果以Generation of 978 nm dispersion－managed solitons from a polarization－maintaining Yb－doped figure－of－9 fiber laser為題，發(fā)表在《光學(xué)快報》（Optics Letters）上。

圖1．978 nm九字腔色散管理孤子光纖激光器實驗裝置圖

978 nm摻鐿飛秒鎖模光纖激光器因獨特的應(yīng)用價值而備受關(guān)注。然而，由于Yb^3＋在978 nm波長附近的吸收截面近似等于發(fā)射截面，為了在這個波長獲得高性能激光輸出，必須克服978 nm處的激光自吸收和1030 nm附近的放大自發(fā)輻射（ASE）等問題。此外，Yb^3＋在978 nm附近的增益帶寬相對較窄，這進一步增加了在該波長下獲得飛秒激光脈沖的難度。因此，與1 μm以上的傳統(tǒng)摻鐿鎖模光纖激光器相比，實現(xiàn)這種978 nm的飛秒光纖激光器面臨著更大挑戰(zhàn)。

圖2． 978 nm九字腔光纖激光器輸出脈沖參數(shù)。（a）光譜，（b）脈沖序列，（c）射頻譜，（d）自相關(guān)信號，（e） 腔外壓縮后的頻譜和（f）自相關(guān)信號。

圖3． 數(shù)值模擬結(jié)果。（a、b）輸出色散管理孤子的光譜和時間特性；（c、d）腔內(nèi)脈沖的時頻演化過程。

針對上述問題，研究團隊采用基于九字腔結(jié)構(gòu)的非線性放大環(huán)鏡（NALM）技術(shù)實現(xiàn)了978 nm處色散管理孤子的穩(wěn)定輸出。實驗中，通過控制激光腔內(nèi)各色散元件的參數(shù)有效地管理了腔內(nèi)總色散，并引入濾波器來抑制1030 nm的ASE，最終獲得了具有14．4 nm光譜帶寬和175 fs的高相干激光脈沖。此外，激光腔由全保偏光纖器件組成，能夠有效抗溫度、震動等環(huán)境擾動，確保了鎖模脈沖的長期穩(wěn)定性。數(shù)值模擬結(jié)果表明，978 nm色散管理孤子的光譜寬度主要受限于Yb^3＋在相關(guān)波長附近的增益帶寬。未來，可以利用非線性效應(yīng)在腔外進一步展寬光譜，從而在這個特殊波長實現(xiàn)更窄脈寬的激光輸出。該研究實現(xiàn)的978 nm鎖模脈沖是迄今為止報道的相關(guān)波長超快光纖激光器中能夠輸出的最短脈沖，在水下通信和太赫茲波產(chǎn)生等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。