中科院上海光机所冯衍课题组：超快分布式反馈拉曼光纤激光器

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       中国科学院上海光机所冯衍研究员课题组利用光纤中的分布式瑞利散射探索脉冲泵浦的自同步机制，首次获得超快随机拉曼光纤激光输出，并首次对随机激光与放大自发辐射进行了直接的比较研究。

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超快光纤激光是基础研究、生物医学、工业加工等领域的重要工具。光纤内受激拉曼散射是扩展光纤激光波长范围的有效手段。但是，用于产生超短脉冲输出的常规锁模拉曼光纤激光器性能不佳，尤其是光光效率低下。脉冲同步泵浦可以克服拉曼增益小的问题，实现高效率的超短脉冲拉曼光纤激光输出。但是需要实时反馈控制以实现泵浦脉冲与腔内激光脉冲的同步，否则将在拉曼脉冲输出中引入额外的噪声。

与此同时，由随机散射提供反馈的随机激光概念，在引入光纤激光领域后发展迅速。特别是基于受激拉曼散射增益的随机拉曼光纤激光器，在功率、效率、波长调谐等方面不逊于，甚至优于常规光纤激光器，受到广泛关注。但是，在超短脉冲产生方面存在天然的难题，因为没有周期性的纵模结构，不可能通过锁模等常规方式来获得。

基于拉曼光纤激光器与分布式反馈光纤激光器方面的研究基础，课题组探索了一种自同步泵浦获得超快脉冲的机制。在分布式瑞利散射反馈光纤激光器中，没有确定的谐振腔。在重复脉冲泵浦下，一组与泵浦脉冲序列同步的随机谐振腔会被自动选择出来，达到自同步的效果。演示实验中获得了皮秒级拉曼激光输出，脉冲能量6 nJ，平均功率170 mW，光光效率19%。此外，该结构中拉曼增益与随机分布式反馈在空间上分离，从而可以直接表征随机分布式反馈的性质，并使得对随机激光（random laser）与放大自发辐射（ASE）进行直接比较成为可能。这两种过程通常现象相似且相伴存在，在常规随机拉曼光纤激光器中难以区分。对两者的直接比较研究进一步澄清了随机激光过程。

图1 (a)实验装置图；(b)激光输出光谱随泵浦功率的变化；(c)输出脉冲自相关曲线。

图2 实验中获得的随机激光与放大自发辐射输出的时域稳定性比较。(a)随机激光的示波器曲线；(b)放大自发辐射的示波器曲线；(c)随机激光、放大自发辐射和泵浦激光的相对强度噪声谱；(d)在重复频率附近归一化的射频谱。

该工作报道了一种全新的随机激光与超快光纤激光形式，审稿人评价为“I find this work original”，有望作为一种灵活的光源应用于科研与生物医学领域。未来将进一步理解这种超快随机激光机制，并努力把自同步脉冲泵浦的想法推广至其它结构，提高超快脉冲输出性能。

研究成果以Ultrafast Raman Fiber Laser with Random Distributed Feedback为题发表于2018年第4期的Laser and Photonics Reviews [12, 1700326(2018)]上。冯衍研究员为通讯作者，博士生潘伟巍为第一作者。该工作得到了国家自然科学基金的资助。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/lpor.201700326

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