高度啁啾的激光脉冲挑战了“传统智慧”

2018年诺贝尔物理学奖由罗切斯特大学的研究人员分享，他们开创了一种技术来创造超短但能量极高的激光脉冲。

现在，该大学光学研究所的研究人员以一种即使在质量相对较低、价格低廉的设备上也能发挥作用的方式，产生了那些同样的高功率脉冲，即所谓的啁啾脉冲。这项新工作可能为以下方面铺平道路：

□ 更好的大容量电信系统；

□ 改进用于寻找系外行星的天体物理学校准方法；

□ 更精确的原子钟；

□ 测量大气中化学污染物的精确装置。

在《Optica》的一篇论文中，研究人员首次展示了通过在Kerr谐振器中使用光谱过滤器创造的高啁啾脉冲，这是一种无需放大的简单光腔。这些腔体激起了研究人员的广泛兴趣，因为它们可以支持 "大量复杂的行为，包括有用的宽频光爆"，共同作者、光学助理教授威廉·雷宁格（William Renninger）说。

通过添加光谱过滤器，研究人员可以通过分离光束的颜色来扩大其波面，操纵谐振器中的激光脉冲， 这种新方法是是非常有利的，因为 "当拓宽脉冲时同时正在减少脉冲的峰值，这意味着可以在它达到导致问题的高峰值功率之前将更多的整体能量投入其中，"研究人员雷宁格说。

这项新工作与诺贝尔奖得主Donna Strickland博士和Gerard Mourou使用的方法有关，他们在大学的激光能量学实验室进行研究时开创了啁啾脉冲放大法，帮助迎来了激光技术使用方面的革命。

新技术利用了光在通过光学腔体时的分散方式，大多数先前的光腔需要罕见的"异常"分散，这意味着蓝光比红光走得更快。然而，啁啾脉冲生活在"正常"色散腔中，其中红光传播得更快，这种常见的情况将大大增加能够产生脉冲的腔体的数量。

先前的腔体也被设计成具有不到1%的损耗，而啁啾脉冲尽管有非常高的能量损耗，却能在腔体中存活。"我们展示的啁啾脉冲即使有超过90%的能量损失也能保持稳定，这确实挑战了传统的智慧，"Renninger说。"通过一个简单的光谱过滤器，我们现在利用损耗在有损和正常色散系统中产生脉冲。因此，除了改善能源性能之外，它真的开辟了可以使用的系统种类。"

这一科研项目的其他合作者包括主要作者Christopher Spiess、Qiang Yang和Xue Dong，他们都是Renninger实验室的现任和前任研究生研究助理，以及该实验室的前任博士后维克多·巴克尔（Victor Bucklew）。

雷宁格说：“我们对这篇论文感到非常自豪，因为这经历了一个漫长的过程！”

相关链接：https://phys.org/news/2021-06-chirped-pulses-defy-conventional-wisdom.html