美國(guó)國(guó)家科學(xué)研究所(INRS)的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種經(jīng)濟(jì)有效的方法，可以將激光的光譜調(diào)到紅外波段，這對(duì)許多激光應(yīng)用都很有意義。他們與奧地利和俄羅斯的研究團(tuán)隊(duì)合作開(kāi)發(fā)了這項(xiàng)創(chuàng)新，現(xiàn)在已成為專(zhuān)利申請(qǐng)的主題。他們的研究成果最近發(fā)表在美國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)協(xié)會(huì)(OSA)的旗艦雜志“Optica”上。 

一束激光光脈沖（藍(lán)色）從左側(cè)進(jìn)入充滿氮?dú)猓�紅色分子）的空心光纖中，沿著傳播方向，光譜向更長(zhǎng)的波長(zhǎng)方向展寬，如圖所示為橙色輸出光束（右）

在此研究領(lǐng)域中，如果激光波長(zhǎng)位于紅外區(qū)域并可能在紅外區(qū)域可調(diào)，則許多激光應(yīng)用都具有決定性的優(yōu)勢(shì)。但是，當(dāng)前的超快激光技術(shù)仍然很難做到這一點(diǎn)，科學(xué)家需要探索各種非線性過(guò)程來(lái)改變發(fā)射波長(zhǎng)。特別是，到目前為止，光參量放大器(OPA)是迄今為止紅外窗口的唯一公認(rèn)的工具。盡管OPA系統(tǒng)提供了廣泛的可調(diào)性，但它們很復(fù)雜，通常由多個(gè)階段組成，并且非常昂貴。 

Luca Razzari教授與Roberto Morandotti教授合作的研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)證明，大波長(zhǎng)的可調(diào)性可以通過(guò)一種簡(jiǎn)單且便宜的系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)：一種充滿氮?dú)獾闹锌招荆�毛�?xì)管）光纖。另外，這種方法很容易傳遞比輸入激光更短的光脈沖，并具有較高的空間質(zhì)量。 

不對(duì)稱(chēng)光譜展寬

通常，中空纖維填充有單原子氣體，如氬氣，以對(duì)稱(chēng)地加寬激光器的光譜，然后將其壓縮為更短的光脈沖。研究小組發(fā)現(xiàn)，通過(guò)使用諸如氮?dú)膺@樣的分子氣體，光譜加寬仍然是可能的，但是出乎意料。 

“光譜并沒(méi)有對(duì)稱(chēng)地?cái)U(kuò)散，而是朝著能量較低的紅外波長(zhǎng)轉(zhuǎn)移，令人印象深刻。這種頻移是與氣體分子旋轉(zhuǎn)相關(guān)的非線性響應(yīng)的結(jié)果，因此，可以通過(guò)改變氣體壓力來(lái)控制(即分子數(shù)量)”，Razzari小組的負(fù)責(zé)人Riccardo Piccoli博士解釋說(shuō)。 

一旦光束向紅外方向展寬，研究人員就對(duì)輸出光譜進(jìn)行濾波，只保留感興趣的波段。通過(guò)這種方法，能量在比輸入短三倍的脈沖中轉(zhuǎn)移到近紅外光譜范圍(效率與OPA相當(dāng))，而無(wú)需任何復(fù)雜的裝置或額外的脈沖后壓縮系統(tǒng)。