研究科学家Tong Zhou（左）和Siyun Chen在ATAP的光纤激光器实验室研究多个光纤激光器的光谱组合。

据《激光制造网》了解，最近的《Optics Express》发布了一篇来自加利福尼亚伯克利实验室加速器技术与应用物理部门（ATAP）的论文，论文称该部门的一组研究人员开发了一种新技术，可以将不同波长的光纤激光器组合在一起，产生超短激光脉冲。该团队表示，这项研究或可推动激光等离子体加速器（LPA）的发展，还可能推动高能物理的前沿，并在材料科学、聚变研究和许多其他领域获得新发现。

LPA使用穿过等离子体的强超快激光脉冲来加速带电粒子，其速度是当前技术的一千倍。与传统加速器相比，这些设备的结构更紧凑，功能更强大，建造和运行成本更低。

目前，大多数LPA使用的激光脉冲重复频率仅为几赫兹；然而，ATAP的研究人员Siyun Chen表示，要想充分发挥LPA的潜力，需要能够产生重复率在千赫兹或更高的超短、高能激光脉冲的大功率激光系统。

她补充道，这些限制对产生这种脉冲的激光系统提出了苛刻的要求。因此，研究人员将目光转向了光纤激光器，她解释说，光纤激光器是 “迄今为止已证明的最高效的高功率激光技术，而且还具有广泛的工业发展前景，可以在我们的工作中加以利用”。

虽然光纤激光器产生的脉冲能量和功率可以通过在空间和时间上组合多个脉冲来放大，但这些脉冲目前仅限于100飞秒左右，不够短，无法驱动LPA。

领导这项新技术开发的ATAP研究科学家Tong Zhou解释说：“虽然光纤激光器系统具有最高的壁插效率（电光功率效率），但在这些系统中放大的超短激光脉冲频谱却很窄。”

压缩后的自相关测量轨迹（组合脉冲和每个通道的脉冲）以及组合频谱的变换限制脉冲的自相关计算轨迹。

“这种增益收窄是激光脉冲以这种方式放大时产生的基本效应；脉冲光谱越窄，持续时间就越长。因此，高功率光纤激光器要产生短于约100飞秒的脉冲非常具有挑战性”。

然而，通过对在相邻波长范围内工作的多个激光脉冲进行光谱组合，该团队实现了超宽组合光谱，能够支持数十飞秒的超短脉冲。

为了增加带宽并产生数十飞秒长的脉冲，研究人员首先使用了一个锁模振荡器和掺镱光纤放大器，以 100 MHz 的重复频率产生120飞秒的脉冲。这些脉冲被送入光子晶体光纤，其光谱从27纳米扩大到90纳米。

Siyun Chen说："这种超宽带光谱组合与合成脉冲整形产生的脉冲持续时间只有42飞秒，大大短于三个光纤通道各自产生的脉冲。“我们相信，这是迄今为止光谱组合镱光纤激光系统实现的最短脉冲持续时间。”

Tong Zhou说：“虽然这项工作展示了迄今为止能量较低的超快脉冲，但它展示了超宽带光谱组合和相干光谱合成脉冲整形的关键原理，并为使用光纤激光器驱动 LPA 提供了前进的道路。”

该团队计划增加更多的放大级，并实施能够在空间、时间和光谱上组合光纤激光器的多维技术，以产生高能量的数十飞秒激光脉冲。