白光激光器

白光激光器

激光的時間相干性對應于其有限的光譜寬度，這在根本上是由于所有材料的有限增益帶寬引起的。即使是*寬的增益曲線寬度，也只有其中心頻率的10%～20%。

然而，許多應用要求更寬的光譜寬度，并且沒有亮度或功率損耗。產(chǎn)生這種超寬光譜的一種方法就是利用在高光功率下材料的非線性響應。基于這種技術的白光激光光源幾乎在激光發(fā)明的時候就出現(xiàn)了。[1]大多數(shù)早期的結構都需要大型、笨重的泵浦激光系統(tǒng)；許多實驗采用塊狀材料作為非線性介質(zhì)。但是產(chǎn)生寬帶光的非線性過程，同時也會因為光學細絲和擊穿使輸出光束質(zhì)量下降。

光子晶體和微結構光纖的快速發(fā)展為業(yè)界帶來了突破，其中光是在由微小空氣孔包圍的石英纖芯中傳導的。使用摻鈦藍寶石激光作為泵浦源，在這些光纖中產(chǎn)生了可見光波段的高光束質(zhì)量的寬帶超連續(xù)光。[2]這使該技術進入了一個快速發(fā)展期，研究人員一邊試圖理解這些過程的本質(zhì)特性，一邊優(yōu)化系統(tǒng)（泵浦激光與非線性光纖的耦合），以產(chǎn)生寬帶、平坦、低噪聲的光譜，并使用廉價的泵浦元件。一些潛在的應用引起了研究人員的興趣，這可能得益于在多個方面與先前有本質(zhì)區(qū)別的新型光源。

光纖超連續(xù)光譜現(xiàn)象

如何讓一個窄帶的激光束在簡單地通過一段由石英制作的光纖之后，變換成覆蓋從可見光到近紅外光的像彩虹一樣多彩絢爛的色彩？

這種過程的細節(jié)很復雜，而且隨著波長、脈沖寬度和所用光纖的變化而變化。然而，所有這些通常都源于克爾和拉曼非線性效應，以及群速度色散（GVD）。如果GVD是正常色散，那么克爾和色散項同時使脈沖發(fā)生色散，因此在經(jīng)過很短的一段光纖后，脈沖峰值功率就會下降，光纖的非線性響應就會顯著降低，因此，在這種情況將消弱光譜展寬。

然而，如果群速度色散是反常色散（也就是群折射率隨著波長的增加而增加），那么GVD效應和克爾非線性效應就會相互抵消，脈沖就會以光孤子的形式在光纖中傳輸很長距離，而且不會發(fā)生色散。以高峰值功率傳輸很長一段距離，就引發(fā)一系列光學效應，這將導致光譜進一步展寬，并*終產(chǎn)生有效的超連續(xù)譜。這在一定程度上得益于光子晶體光纖的高效性：通過控制可以在很寬的波長范圍內(nèi)達到零GVD，在常用的泵浦激光波長實現(xiàn)反常色散（如1064nm和800nm），而這在傳統(tǒng)光纖技術中是很難實現(xiàn)的。