氮填充的空芯光纤将激光光谱移动到红外波段

来自Institut National de la Recherche Scientifique (INRS)的研究人员引进了一种将激光光谱调谐到红外波段的方法。Luca Razzari 领导的一个团队与跨国研究团队合作，他们使用充满氮气的空芯光纤，从而产生比输入激光脉冲更短的光脉冲，并且具有很高的空间品质。现有的超快激光技术不能或者不容易在红外波段调谐，需要非线性阶段并且需要其它组件来改变发射波长。

通常来说，空芯光纤含有单原子气体比如氩气，来对称地拓宽激光光谱，然后被重新压缩到压缩的光脉冲中。研究人员证明了虽然充满氮气的毛细管光纤能够展宽激光的光谱，但在这种情况下，光谱转向了能量较低的红外波长。这个反应是由气体分子的旋转引起的非线性反应，这意味着科学家可以很容易地控制光纤中气体的压力。

激光脉冲(蓝色)从左侧进入充满氮气(红色分子)的空芯光纤，它在传播时会经历一个光谱展宽到更长的波长，其在图中被描绘成橙色输出光束(右)。这种非线性现象是由与激光场下气体分子旋转相关的拉曼效应引起的，如底板中的示意图所示。Riccardo Piccoli (INRS)供图。

光束扩大后(向红外波段移动)，研究人员过滤输出光谱以保留所需的波段。在该方案中激光能量转移到近红外光谱范围，并且有与脉冲中光学参数放大器(OPA)相类似的效率，其脉冲比输入端短三倍。OPA 是一个能够移动到红外范围的既定工具，OPA 系统还具有广泛的可调谐性。OPA是一个复杂的系统，但是它通常由多个不同的阶段组成。新方法既不需要外部设备，也不需要额外的脉冲后压缩系统来实现功能。

维也纳科学家Andrius Baltuska和Paolo Carpeggiani领导了类似的研究。他们利用镜面来压缩空芯光纤，该工艺有助于调整展宽脉冲的相位，而不是光谱滤波过程。虽然在系统中红外线的转移减少了，而且不像加拿大团队演示的那样极端，但产生的脉冲要短得多。Carpeggiani说，这种新脉冲的强度使其适合阿秒级和强场物理的研究。

两个团队在发现他们的实验相似性后，他们结合了各自的专长一起研究。第三个团队由莫斯科的Aleksei Zheltikov指导，他们然后开发了一个理论模型来解释实验结果。三方团队认为这种新方法有助于满足激光应用和强场应用中长波长并且超短脉冲源的需求。强场物理的应用也包括那些基于激光的应用，比如高阶谐波生成、光电光谱、等离子体物理和微机械加工。该团队将基于镱激光技术的工业级可调谐系统确定为另一个应用领域。

加拿大自然科学和工程研究理事会（Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada ，NSERC)；Prompt是一个总部设在蒙特利尔的非营利组织，这个组织致力于促进企业与公共研究部门之间的战略关系和研发融资；奥地利科学基金（Austrian Science Fund ，FWF)；俄罗斯基础研究基金会（Russian Foundation for Basic Research，RFBR）； Welch Foundation；俄罗斯科学基金会（Russian Science Foundation）支持了这项研究。

这项研究成果发表在《Optica》上(www.doi.org/10.1364/OPTICA.397685).

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