光纤方案以80瓦输入功率将中红外脉冲压缩至187飞秒

超短中红外(mid-IR)激光脉冲在分子光谱学、非线性显微镜和生物医学成像等应用中具有重要作用,但相关光源通常依赖高泵浦功率、复杂光学组件与精密对准,系统体积与能耗较高,限制了其在常规科研与临床环境中的部署。

据《IEEE量子电子学杂志》发表的一项研究,印度SASTRA名誉大学(Thanjavur)研究团队提出一种紧凑的光纤实现路径,在显著降低输入功率的条件下获得高质量超短中红外脉冲。该方案将掺铒ZBLAN光子晶体光纤集成到非线性光学环镜(NOLM)中,用于实现脉冲整形与压缩,作为传统系统的简化与节能替代。

研究显示,团队通过设计锥形光纤结构实现自相似脉冲演化,使脉冲在光纤传播过程中保持形状稳定,从而提升压缩效率并维持脉冲保真度。掺铒介质提供约2.86微米的光学增益,用于放大信号并补偿传播损耗;相关设计同时抑制可能降低脉冲质量的时间基座,并在高强度运行条件下降低光纤损伤风险。

研究人员表示,将上述组件整合在单一光纤架构内,有助于减少对准复杂度并提升运行稳定性。论文第一作者G. Sornambigai称,通过结合稀土增益与NOLM配置下的非线性脉冲整形机制,系统所需输入功率由千瓦级降至80瓦。

在优化光纤长度后,该系统将5皮秒脉冲压缩至187飞秒,压缩因子为26.7倍,基座能量降至0.63%。合著者R. Vasantha Jayakantha Raja表示,该架构输出脉冲“纯净且对比度高”,适用于中红外光谱与非线性成像。

研究团队指出,自相似脉冲建模与系统级分析在性能优化与可靠压缩实现中发挥关键作用。研究还称,这是首次演示基于Ho:ZBLAN的NOLM系统在中红外波段产生亚200飞秒脉冲,为紧凑、低功耗、高效率的超快中红外光源发展提供了新的技术路径。


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