文/John Wallace

光學(xué)頻率梳的頻譜為一系列等間隔、位置固定、且具有極寬光譜范圍的單色譜線，這些單色譜線如同梳子的梳齒一樣，完美地等間隔排布。通常將重復(fù)頻率稍有差別的兩個(gè)光學(xué)頻率梳組合在一起，形成雙光梳激光裝置。雙光梳激光提供的脈沖序列特別適用于極其靈敏的快速光譜測量和精密激光測距。但是，由于需要兩個(gè)穩(wěn)定的光學(xué)頻率梳以及復(fù)雜的同步電子系統(tǒng)，此前只能在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)這些測量應(yīng)用。

蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員，利用單個(gè)激光腔實(shí)現(xiàn)了高功率雙光學(xué)頻率梳飛秒脈沖激光輸出，無需任何電子同步系統(tǒng)，就能提供等同或更高的定時(shí)精度。瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的Benjamin Willenberg在2020 OSA激光大會上展示了這種新方法，并表示這種方法產(chǎn)生的一對頻率梳，其重復(fù)頻率具有很小的穩(wěn)定的偏移量。

Willenberg解釋說：“在不影響激光脈沖輸出性能的條件下，這種方法解決了雙光梳系統(tǒng)的高復(fù)雜性問題，能夠促進(jìn)潛在的傳感應(yīng)用，包括無損檢測的時(shí)域光譜、工業(yè)和環(huán)境監(jiān)測的痕量氣體檢測，以及用于機(jī)器視覺的激光測距等。”

在這項(xiàng)研究工作中，研究人員用更簡單、更穩(wěn)定的光學(xué)方法取代復(fù)雜的電子同步系統(tǒng)，用單個(gè)激光腔實(shí)現(xiàn)了雙光梳輸出。研究人員將兩個(gè)雙折射晶體插入激光腔，以允許這種腔體結(jié)構(gòu)在兩種偏振態(tài)下發(fā)射激光，并且在兩個(gè)偏振態(tài)之間引入了重復(fù)頻率差。研究人員將這種雙折射晶體偏振復(fù)用技術(shù)與二極管泵浦的固態(tài)激光技術(shù)相結(jié)合，產(chǎn)生了從40Hz~3.35kHz連續(xù)可調(diào)的雙頻率梳激光輸出，且不影響激光輸出性能。

由于新設(shè)計(jì)使用單個(gè)激光腔實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)光學(xué)頻率梳激光輸出，因此可以開發(fā)更加緊湊的雙光學(xué)頻率梳，從而在功率、波長、帶寬和脈沖重復(fù)頻率等方面，提供更大的靈活性。利用這個(gè)新裝置，研究人員實(shí)現(xiàn)了兩束波長為1050nm、脈寬為 175fs、功率為440mW的脈沖激光輸出，兩束激光的重復(fù)頻率差為1kHz。這項(xiàng)技術(shù)的下一步發(fā)展將是開發(fā)堅(jiān)固耐用的便攜式原型激光系統(tǒng)，用于科學(xué)及工業(yè)應(yīng)用。此外，還要將激光輸出功率和重復(fù)頻率進(jìn)一步提高，以實(shí)現(xiàn)更快的測量；最后是建立激光器的商業(yè)化應(yīng)用渠道。

參考文獻(xiàn)：

B. Willenberg et al., Opt. Express, 28, 30275–30288 (2020); https://doi.org/10.1364/oe.403072.