研究人員引進了一種將激光光譜調(diào)諧到紅外波段的方法

來自Institut National de la Recherche Scientifique (INRS)的研究人員引進了一種將激光光譜調(diào)諧到紅外波段的方法。Luca Razzari領導的團隊與跨國研究團隊合作，他們使用充滿氮氣的空芯光纖，從而產(chǎn)生比輸入激光脈沖更短的光脈沖，并且具有很高的空間品質(zhì)。現(xiàn)有的超快激光技術(shù)不能或者不容易在紅外波段調(diào)諧，需要非線性階段，并且需要其它組件來改變發(fā)射波長。

通常來說，空芯光纖含有單原子氣體比如氬氣，來對稱地拓寬激光光譜，然后被重新壓縮到光脈沖中。研究人員證明了充滿氮氣的毛細管光纖能夠拓寬激光光譜，光譜可轉(zhuǎn)向能量較低的紅外波長。該反應是由氣體分子的旋轉(zhuǎn)引起的非線性反應，這意味著科學家可以輕易地控制光纖中氣體的壓力。

激光脈沖(藍色)從左側(cè)進入充滿氮氣(紅色分子)的空芯光纖，它在傳播時會經(jīng)歷光譜拓寬到更長的波長，其在圖中被描繪成橙色輸出光束(右)。這種非線性現(xiàn)象是由與激光場下氣體分子旋轉(zhuǎn)相關(guān)的拉曼效應引起，如底板中的示意圖所示。Riccardo Piccoli (INRS)供圖

光束擴大后(向紅外波段移動)，研究人員過濾輸出光譜以保留所需的波段。在該方案中激光能量轉(zhuǎn)移到近紅外光譜范圍，并且有與脈沖中光學參數(shù)放大器(OPA)相類似的效率，其脈沖比輸入端短三倍。OPA 是能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)移至紅外波譜的既定工具，OPA 系統(tǒng)還具有廣泛的可調(diào)諧性。新方法既不需要外部設備，也不需要額外的脈沖后壓縮系統(tǒng)來實現(xiàn)功能。

維也納科學家Andrius Baltuska和Paolo Carpeggiani領導了類似的研究。他們利用鏡面來壓縮空芯光纖，該工藝有助于調(diào)整展寬脈沖的相位，而不是光譜濾波過程。雖然在系統(tǒng)中紅外光的轉(zhuǎn)移減少了，而且不像加拿大團隊演示的那樣極端，但產(chǎn)生的脈沖要短得多。Carpeggiani說，這種新脈沖的強度使其更適合強場物理研究。

兩租研究團隊在發(fā)現(xiàn)他們的實驗相似性后，結(jié)合了各自專長一同研究。由莫斯科Aleksei Zheltikov指導團隊后又開發(fā)了理論模型來解釋實驗結(jié)果。三方團隊認為這種新方法有助于滿足激光應用和強場應用中長波長且超短脈沖源的需求。強場物理的應用也包括那些基于激光的應用，比如高階諧波生成、光電光譜、等離子體物理和微機械加工。該團隊將基于鐿激光技術(shù)的工業(yè)級可調(diào)諧系統(tǒng)確定為另一個應用領域。

加拿大自然科學和工程研究理事會（Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada ，NSERC)、 總部設在蒙特利爾的非營利組織 Prompt、奧地利科學基金（Austrian Science Fund ，F(xiàn)WF)、俄羅斯基礎研究基金會（Russian Foundation for Basic Research，RFBR）、 Welch Foundation以及俄羅斯科學基金會（Russian Science Foundation）共同支持了這項研究。

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