华南理工大学研发出新型超快光脉冲原位表征技术

在过去的几十年里，光电器件的集成化、小型化已经成为现代光子学发展的主要驱动力。为了更精确地认知集成光子回路中超短光脉冲的产生、传输、相互作用和动态演变，开发一种可实时、原位、全参量表征的超快光脉冲片上表征技术显得尤为重要。传统的超快脉冲测量技术，如频域分辨光学开关(FROG)技术，无法直接集成到片上光子芯片中，而需要将信号提取出来并利用块状的非线性光学晶体测量相关信息。显然，信号提取的过程将会带来不可避免的光脉冲信息失真，且无法了解光脉冲在光子回路中的动态演变信息。 hwu]Er.g
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近日，华南理工大学虞华康、李志远教授团队研发了一种可集成的新型超快光脉冲原位表征技术，在《激光与光子学评论》(Laser & Photonics Reviews)发表最近研究论文“Frequency-Resolved Optical Gating in Transverse Geometry for On-Chip Optical Pulse Diagnostics”。该种技术基于铌酸锂薄膜波导平台，待测脉冲在铌酸锂光波导中相向传播并相遇，基于横向光学二倍频的原理，在其相交重叠区域，自动产生了时间自相关的光学二倍频信号。通过将空间坐标转换为时间延迟并对自相关光学二倍频强度分布进行光谱成像，得到相当于传统FROG的迹线图，利用反演算法则可还原得到待测超快光脉冲的时域与频域上的强度和相位信息，至此完成对波导中超快光脉冲的原位全参量表征。 u_hD}V^x4  
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实验结果表明，该种技术得益于完全无背景和增强的横向光学二倍频效应，具有出色的灵敏度和信噪比。且通过与商用测量设备的对比，发现其可实现光脉冲中啁啾的精确测量，证实了其作为超快光脉冲诊断工具的通用性和准确性。除此之外，该种方法还能够支持交叉相关的工作模式下工作，显示其在表征更复杂光脉冲的应用潜力。 ,">]`|?  
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论文合作者包括约翰霍普金斯大学Jacob Khurgin教授，中国科学院上海光学精密机械研究所林锦添、程亚研究员团队。论文工作的完成还得益于沈元壤院士、刘韡韬教授、童利民教授等富有建设性的讨论。该研究工作得到了国家自然科学基金委项目、科技部重点研发项目、广东省引进创新创业团队项目等的资助。 0x'#_G65y  
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论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/lpor.202201017