单束激光产生高功率双梳状飞秒脉冲

研究人员开发出一种新方法，可以使用一个激光腔产生两个高功率光频率梳，发射出高功率飞秒脉冲。这一新的发展为便携式双梳光源在光谱学和精密距离测量等领域的应用铺平了道路。

光学频率梳发出一种颜色或频率的光谱，它们像梳子上的齿一样间隔完美。通常将两个脉冲重复频率略有不同的梳状结构组合成双梳状结构，发出短脉冲流。

来自瑞士苏黎世联邦理工学院的Benjamin Willenberg在10月13-16日举办的全虚拟2020 OSA激光大会上展示了其研究结果。“我们的方法可以产生一对频率梳，它们的重复频率有很小的被动稳定的偏移量，”Willenberg说，“这解决了长期以来双梳系统的高复杂性问题，而且不影响激光性能。潜在的传感应用包括用于无损检测的时域光谱，用于工业和环境监测的尾气检测，以及用于机器视觉应用的激光测距”。

双梳式激光器提供的脉冲序列特别适用于非常灵敏和快速的光谱测量，以及通过激光测距精确地测量距离。然而，由于需要两个稳定梳以及复杂的同步电子设备，这些测量仅限于实验室。

在这项新工作中，研究人员用一种更简单的被动稳定光学方法取代了这些复杂的系统。为了实现双梳运行，他们使用了一个双折射方解石晶体复用的单激光腔，以允许两种偏振态的激光。研究人员首次将这种双折射晶体偏振多路复用技术与二极管抽运的固态激光晶体相结合。由于Yb:CaF2增益晶体具有优异的热性能和宽的发射光谱，因此可以产生高功率的飞秒脉冲。

由于新的设计使用一个光腔创建了两个频率梳激光器，因此可以开发更紧凑的双梳激光器，使功率、波长、带宽和脉冲重复频率方面具有更广泛的灵活性。

在新的装置中，研究人员利用两束重复频率为1 KHZ，波长为1050nm的激光束获得了持续175飞秒，功率为440 mW激光脉冲。他们使用激光通过异步光采样对半导体材料进行低噪声测量，从而证明了重复频率差的稳定性。其过程包括使用超快脉冲来触发反应，并使用第二个脉冲来测量诱发的变化。

这项技术的下一步发展包括开发坚固耐用的便携式原型系统，演示科学和工业应用，扩展到更高的功率和更高的重复频率以实现更快的测量，以及建立将激光器商业化的渠道。