超窄带宽锁模激光器重大突破：脉冲持续时间实现近1 ns大范围可调谐 | OE NEWS

目前，锁模激光器的实际应用受到窄带宽滤波器的限制，这些滤波器通常具有固定的带宽，脉冲宽度无法调制。近日，发表在Advanced Photonics Nexus上的一项研究成果中，上海大学的研究团队成功开发出一种具有可调谐脉冲带宽的超窄带宽锁模激光器，为众多领域带来了新的应用前景。

激光作为一种重要的光源，在制造业、医学、高速通信、电子学和科学研究等领域应用广泛。近年来，对输出可控性更强的激光器的需求日益增长，尤其是能产生皮秒到纳秒级极短脉冲的超窄带宽锁模激光器备受关注。这种短激光脉冲在钻石切割、半导体制造等方面优势显著，而若能实现脉冲持续时间的可调谐，这些应用将得到进一步提升。

传统的连续波激光器发射的是具有不同波长和随机相位的连续光波。锁模激光器则是将不同模式的相位锁定，利用可饱和吸收体产生极短且强大的光脉冲。其内部的滤波器控制着带宽和模式数量，直接影响脉冲持续时间。然而，目前实用的锁模激光器受限于窄带宽滤波器，脉冲宽度固定不可调制。

在此次研究中，研究团队提出了创新方案。“我们成功利用一种新颖的滤波机制和单壁碳纳米管可饱和吸收体，开发出脉冲持续时间可大范围调谐的超窄带宽锁模激光器。”该研究的主要作者之一Weixi Li介绍道。

研究人员选择单壁碳纳米管作为可饱和吸收体，因其具有超快的恢复时间、低成本制造以及能在飞秒到皮秒范围内产生稳定脉冲等优点。同时，他们采用独特的滤波器配置，由光纤布拉格光栅制成的两个滤波器，其可反射波长范围重叠极窄，形成了超窄带宽。

为实现脉冲宽度的可调谐，研究人员对其中一个光栅施加机械应力。通过改变应力大小，反射波长范围改变，进而改变滤波器重叠部分和模式数量，实现对脉冲宽度的控制。实验结果令人瞩目，脉冲宽度可在481 ps到1.38 ns之间大范围可调，近1 ns的调谐范围是窄带宽被动锁模激光器有报道以来最大的。若对两个滤波器都施加应力，调谐范围还能进一步扩大，实现更短脉冲宽度。此外，该激光器的长腔结构有助于降低功耗，实现低于1 MHz的重复频率，适用于广泛的应用场景，数值模拟结果也有力地支持了实验结论。

首席研究员、上海大学牟成博教授表示：“我们不仅为窄带宽锁模激光器设计了简单、灵活且可调谐的方案，还为单晶钻石切割和半导体晶圆激光隐形切割等重要领域开发了输出稳定的理想光源。”这一突破为激光技术的发展和新应用开辟了广阔道路。