【儀表網 研發快訊】近期，中國科學院上海光學精密機械研究所強場激光物理國家重點實驗室與羅素先進光波科學中心團隊在基于空芯反諧振光纖的藍移孤子研究中取得進展。相關研究成果以“Spectral Bandwidth Tuning of Photoionization-induced Blue-Shifted Solitons in gas-Filled Hollow-Core Anti-Resonant Fibers”為題發表于IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics。
空芯反諧振光纖具有結構簡單、低損耗、寬帶傳輸窗口等優點，被廣泛應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等研究領域。而在基于空芯反諧振光纖的超快非線性光學研究中，通過改變空芯波導中的氣體類型和氣壓能夠有效調控波導中的色散和非線性，從而實現豐富的孤子動力學過程。其中，孤子與等離子體相互作用產生的藍移孤子可以實現高效率的激光頻率上轉換，從而產生近紅外和可見光波段、波長可調諧的超短激光脈沖，近年來引起了領域內的廣泛關注。
研究團隊自2018年以來系統地開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：實現藍移孤子中心波長連續調諧[Optics Express 26, 34977 (2018), Optics Letters 44, 1805 (2019)]，藍移孤子譜寬調諧[Optics Express 27, 30798 (2019)]，驗證絕熱孤子自壓縮[Optics Letters 44, 5562 (2019)]，藍移孤子驅動的高效諧振色散波輻射[Optics Express 28, 17076 (2020)]等。
在本項研究中，研究團隊系統研究了藍移孤子的譜寬調控機理，通過理論和實驗相結合，揭示了這種譜寬調諧規律遵循孤子面積理論。在實驗中，通過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頻率(10 kHz)可調諧超快脈沖，中心波長調諧范圍為900 nm至650 nm，帶寬調諧范圍為100 nm至180 nm(700 nm波長處)，對應7.2 fs至5.4 fs的可調諧脈沖寬度，實驗的結果與理論預測相吻合。這種可調諧超快光源有望應用于超快光譜學和非線性光學等研究領域。
此項研究得到了國家自然科學基金、博士后創新人才支持計劃、中國博士后科學基金、中國科學院戰略性先導科技專項B類、上海市重大科技專項等項目的支持。
圖1 同一中心波長下藍移孤子譜寬調諧特性(a)藍移孤子光譜測量，(b)藍移孤子譜寬及傅里葉變換極限脈寬，(c)藍移孤子的孤子階數
圖2 不同氣壓下藍移孤子的時域測量(a)5.5 bar，(b)7 bar，(c)8 bar
圖3 藍移孤子穩定性及近場光斑質量(a)光譜穩定性，(b)能量穩定性，(c)近場光斑分布
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