近日，廈門大學電子科學與技術學院羅正錢教授課題組在可見光超快光纖激光研究中取得重要進展，相關成果以“Towards visible-wavelength passively mode-locked lasers in all-fibre format”為題發(fā)表在國際光電子學權威期刊《Light: Science & Applications》（Light: Science & Applications 9:61,2020）上。

產(chǎn)生超短脈沖的鎖模光纖激光器具有小型化、穩(wěn)定性佳和良好的光束質(zhì)量等優(yōu)點，在材料加工、醫(yī)學、光譜學、光通信和科學研究等領域有著巨大的應用價值。近幾十年來，在近紅外和中紅外光譜區(qū)工作的鎖模超快光纖激光器得到了很好的發(fā)展，但可見光波段(380–760nm)的超快激光源仍然嚴重依賴鈦寶石鎖模激光器和光學參量放大系統(tǒng)，因此面臨占地面積大和成本高等問題。

近二十年來，可見光全光纖被動鎖模光纖激光器的研究進展甚微。主要的挑戰(zhàn)如下：（1）低損耗可見增益光纖的制造相對困難，幾乎所有具有氟化物玻璃主體材料的可見增益光纖都不能與其他光纖低損耗熔接，阻礙了可見光纖的形成；（2）缺少與光纖兼容的可見模式鎖定器(例如可見的可飽和吸收體)；（3）可見波長光纖組件(光纖隔離器、波分復用器、耦合器、高功率泵浦源等)相對不成熟，也在一定程度上限制了全光纖可見激光器的實現(xiàn)。（4）光纖腔在可見光波長下的色散大大增加了被動鎖模的難度。由于低損耗軟玻璃纖維的迅速發(fā)展(如ZBLAN光纖)和高功率藍色激光二極管(LDs)，近年來，稀土共摻ZBLAN光纖可以在可見波長下提供高性能的光學增益。因此提出了一種新的工作模式——耗散孤子諧振機制（DSR）以克服超大色散光纖腔被動鎖模的困難�；�于DSR機制，在1.55微米的正常色散Er/Yb共摻光纖激光器中成功地獲得了約10 μJ的高能DSR脈沖短波長為927 nm的強正色散摻釹光纖激光器也被鎖模。如果能很好地將DSR機制與上述可見區(qū)的進展結(jié)合起來，那么可見波長被動鎖模光纖激光器的突破是有望實現(xiàn)的。

圖1.可見光被動鎖模光纖激光器的數(shù)值模擬結(jié)果。

（a）脈沖演化；（b）相應的光譜演化；（c）脈沖時域波形（實線）和相應的頻率啁啾（虛線）；（d）鎖模激光光譜；（e）不同條件下的脈沖時間分布；（f）不同δ下的脈沖時間分布T；（g）脈沖持續(xù)時間和h不同條件下的脈沖能量L作為的函數(shù)g0

下圖所示是可見光全光纖被動鎖模激光器的實驗裝置圖

（a）示意圖和（b）全光纖結(jié)構(gòu)的635 nm DSR鎖模光纖激光器的照片

通過實驗證明635 nm DSR鎖模脈沖的穩(wěn)定產(chǎn)生，脈沖持續(xù)時間短至約96 ps，射頻信噪比為67 dB，窄光譜帶寬為0.1 nm。實驗結(jié)果與數(shù)值模擬非常一致。此外，我還觀察到635納米的類噪聲脈沖操作。這項工作代表了在可見光范圍內(nèi)向小型化超快光纖激光器邁出的重要一步。

圖3. 在93 mW泵浦功率下鎖模光纖激光器的輸出特性

廈門大學為該論文的第一署名單位，電子科學與技術學院博士研究生鄒金海為論文第一作者，羅正錢教授為論文通訊作者。該研究受到國家自然科學基金、軍委裝備預研基金、福建省杰出青年基金、福建省特支‘雙百’青年拔尖人才項目以及廈門大學南強青年拔尖人才項目的支持。