近期，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所強(qiáng)場(chǎng)激光物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與羅素先進(jìn)光波科學(xué)中心團(tuán)隊(duì)在基于空芯反諧振光纖的藍(lán)移孤子研究中取得進(jìn)展。相關(guān)研究成果以“Spectral Bandwidth Tuning of Photoionization-induced Blue-Shifted Solitons in gas-Filled Hollow-Core Anti-Resonant Fibers”為題發(fā)表于IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics。

空芯反諧振光纖具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低損耗、寬帶傳輸窗口等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于高功率激光傳能、光纖傳感、光纖通信以及超快非線性光學(xué)等研究領(lǐng)域。而在基于空芯反諧振光纖的超快非線性光學(xué)研究中，通過(guò)改變空芯波導(dǎo)中的氣體類型和氣壓能夠有效調(diào)控波導(dǎo)中的色散和非線性，從而實(shí)現(xiàn)豐富的孤子動(dòng)力學(xué)過(guò)程。其中，孤子與等離子體相互作用產(chǎn)生的藍(lán)移孤子可以實(shí)現(xiàn)高效率的激光頻率上轉(zhuǎn)換，從而產(chǎn)生近紅外和可見(jiàn)光波段、波長(zhǎng)可調(diào)諧的超短激光脈沖，近年來(lái)引起了領(lǐng)域內(nèi)的廣泛關(guān)注。

研究團(tuán)隊(duì)自2018年以來(lái)系統(tǒng)地開(kāi)展了空芯反諧振光纖中孤子-等離子體相互作用研究，取得了一系列研究成果。包括：實(shí)現(xiàn)藍(lán)移孤子中心波長(zhǎng)連續(xù)調(diào)諧[Optics Express 26,34977 (2018),Optics Letters 44,1805 (2019)]，藍(lán)移孤子譜寬調(diào)諧[Optics Express 27,30798 (2019)]，驗(yàn)證絕熱孤子自壓縮[Optics Letters 44,5562 (2019)]，藍(lán)移孤子驅(qū)動(dòng)的高效諧振色散波輻射[Optics Express 28,17076 (2020)]等。

在本項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)研究了藍(lán)移孤子的譜寬調(diào)控機(jī)理，通過(guò)理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，揭示了這種譜寬調(diào)諧規(guī)律遵循孤子面積理論。在實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)改變空芯反諧振光纖中的氣壓和入射脈沖能量，在光纖輸出端獲得了高重復(fù)頻率（10 kHz）可調(diào)諧超快脈沖，中心波長(zhǎng)調(diào)諧范圍為900 nm至650 nm，帶寬調(diào)諧范圍為100 nm至180 nm（700 nm波長(zhǎng)處），對(duì)應(yīng)7.2 fs至5.4 fs的可調(diào)諧脈沖寬度，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與理論預(yù)測(cè)相吻合。這種可調(diào)諧超快光源有望應(yīng)用于超快光譜學(xué)和非線性光學(xué)等研究領(lǐng)域。

此項(xiàng)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、博士后創(chuàng)新人才支持計(jì)劃、中國(guó)博士后科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)B類、上海市重大科技專項(xiàng)等項(xiàng)目的支持。

原文連接

圖1 同一中心波長(zhǎng)下藍(lán)移孤子譜寬調(diào)諧特性（a）藍(lán)移孤子光譜測(cè)量，（b）藍(lán)移孤子譜寬及傅里葉變換極限脈寬，（c）藍(lán)移孤子的孤子階數(shù)

圖2 不同氣壓下藍(lán)移孤子的時(shí)域測(cè)量（a）5.5 bar，（b）7 bar，（c）8 bar

圖3 藍(lán)移孤子穩(wěn)定性及近場(chǎng)光斑質(zhì)量（a）光譜穩(wěn)定性，（b）能量穩(wěn)定性，（c）近場(chǎng)光斑分布