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光学延迟扫描的双重提升

脉冲激光源的各种应用依赖于产生一系列脉冲对的能力,它们之间的延迟逐步增加。要求以高精度实现这种光学延迟扫描,特别是对于长延迟。为应对这一挑战,ETH物理学家开发了一种多功能“双梳”激光器,它结合了宽扫描范围、高功率、低噪声、稳定运行和易用性,从而为实际应用提供了广阔的前景。

超快激光技术为精密测量提供了大量方法。这些特别包括广泛的脉冲激光实验,其中样品被激发,并在可变时间后测量响应。在此类研究中,两个脉冲之间的延迟通常应涵盖从飞秒到纳秒的范围。在实践中,以可重复和精确的方式在宽泛的范围内扫描延迟时间是一项重大挑战。苏黎世联邦理工学院物理系UrsulaKeller教授小组的一组研究人员,在JustinasPupeikis博士、BenjaminWillenberg博士和ChristopherPhillips博士的主要贡献下,现已朝着解决方案迈出了重要一步有可能成为广泛的实际应用的游戏规则改变者。写在Optica,他们最近推出并展示了一种多功能激光器设计,该设计提供出色的规格和低复杂度的设置,可在多个小时内稳定运行。

长期延误的漫长道路

扫描光学延迟的概念上最简单的解决方案是基于激光,其输出分为两个脉冲。虽然其中一个采用固定路线到达目标,但第二个脉冲的光路通过线性位移反射镜而变化。镜子之间的路径越长,激光脉冲到达目标的时间越晚,相对于第一个脉冲的延迟也就越长。然而,问题在于光以着名的高速传播,每纳秒(在空气中)覆盖约0.3米。对于机械延迟线,这意味着扫描延迟达数纳秒需要具有复杂且通常缓慢的机械结构的大型设备。

避免这种复杂结构的一种优雅方法是使用一对超短脉冲激光器,它们发射脉冲序列,每个脉冲的重复率略有不同。例如,如果从每个激光器发出的第一个脉冲完全同步,那么第二对脉冲之间的延迟对应于两个激光器重复时间的差异。下一对脉冲之间有两倍的延迟,依此类推。通过这种方式,可以在没有移动部件的情况下对光学延迟进行完美的线性和快速扫描——至少在理论上是这样。参考由一对光学频率梳组成的输出的光谱结构,产生两个这样的脉冲序列的最精细的激光系统类型称为双梳。

虽然双梳方法的前景早已明确,但应用的进展却受到与设计易于部署的激光系统相关的挑战的阻碍,该系统可提供两个同时操作的具有所需质量和高相对稳定性的梳。现在,Pupeikis等人。在这样一种实用的激光器上取得了突破,关键是一种在同一个激光腔中产生两个频率梳的新方法。

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