单激光产生高功率双梳飞秒脉冲

研究人员已经开发出一种新方法，该方法使用单个激光腔来创建两个发射高功率飞秒脉冲的高功率光学频率梳。新开发为便携式双梳状光源在光谱学和精确距离测量等应用领域铺平了道路。

光学频率梳发出的光谱(或频率)与梳子上的牙齿间隔完美。通常将频率重复稍有不同的两个这样的频率梳组合在一起，以产生发射短脉冲流的双梳状设置。

来自瑞士苏黎世联邦理工学院的本杰明·威伦贝格(Benjamin Willenberg)将在10月13日至16日举行的全虚拟2020 OSA激光大会上展示这种新方法。该演示文稿将于美国东部时间10月16日，星期五，08：30举行。

威伦伯格说：“我们的方法使我们能够产生一对频率梳，它们的重复频率具有很小的被动稳定的偏移量。” “这解决了长期存在的双梳系统的高复杂性而又不影响激光器性能的问题。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痕量气体检测以及用于机器视觉应用。”组合梳子

双梳状激光器提供的脉冲序列对于极其灵敏和快速的光谱测量以及通过激光测距精确测量距离特别有用。但是，由于需要两个稳定的梳子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。为了实现双梳操作，他们使用了一个与双折射方解石晶体复用的单个激光腔，以允许在两种偏振态下发射激光。研究人员首次将这种双折射晶体偏振复用技术与二极管泵浦的固态激光晶体相结合。所使用的Yb：CaF2增益晶体具有出色的热性能和宽广的发射光谱，因此能够产生高功率飞秒脉冲。

由于新设计使用单个光腔创建两个频率梳状激光器，因此可以开发更紧凑的双梳状结构，从而在功率，波长，带宽和脉冲重复频率方面提供灵活性。

通过新的设置，研究人员在两个1050 nm光束中获得了175飞秒的持续时间和440 mW的脉冲，重复频率差为1 kHz。他们通过使用激光通过异步光学采样对半导体材料执行低噪声测量，证明了重复率差异的稳定性。这涉及使用超快脉冲来触发反应，以及使用第二个脉冲来测量诱发的变化。

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