仅相隔四百万亿分之一秒的超短闪光被精确而快速地耦合在一起

短于四千亿分之一秒的闪光也被称为飞秒脉冲。今天,它们被用于研究能源材料,用于部件的3D制造,或作为医学中的精密手术刀。在激光器中,这些闪光是作为孤子的形式产生的,是稳定的光波”打包”形成的。

仅相隔四百万亿分之一秒的超短闪光被精确而快速地耦合在一起

超短孤子叠加并产生光谱干扰模式:实时光谱学解决了它们的快速动态,并跟踪飞秒光纤激光器中孤子分子的切换。图片显示了在切换过程中记录的连续的实验光谱

新发表的关于超短闪光耦合的研究结果是在一个激光共振器上获得的。它包含一个玻璃纤维环,允许孤子无休止地循环。在这样的系统中,人们可以经常观察到耦合的飞秒闪光,即所谓的孤子分子。通过使用高分辨率的实时光谱,研究小组成功地在数十万个轨道中实时跟踪了两个耦合闪光的动态。

基于这些数据,科学家们能够证明,是激光谐振器内的光学反射在时间和空间上将单个独行孤子耦合起来。可以根据谐振器内的传输时间差异来预测结合距离,并最终可以通过移动光学元件进行精确调整。

此外,这项新的研究表明,两个闪光之间的结合可以迅速松动,并创建一个新的结合。例如,现在有可能专门在成对出现且具有不同时间间隔的光闪之间来回切换。

“基于我们的研究成果,现在有可能在按下一个按钮时切换孤子分子。这为飞秒脉冲的技术应用开辟了新的前景,特别是在光谱学和材料加工方面,”该研究的第一作者、拜罗伊特大学物理学硕士生Luca Nimmesgern说。在激光共振器上获得的发现可以转移到各种超短脉冲激光源上。因此,有可能在其他激光系统中产生耦合的光闪,并不费吹灰之力就能切换它们的距离。

“自从20多年前首次报道光纤激光器中的脉冲对以来,人们对激光器中孤子分子的稳定性提出了不同的解释。通常的模型已经被许多观察结果所反驳,但至今仍被使用。我们的新研究现在首次提供了一个与测量数据相适应的精确解释。在某种程度上,它提供了一块拼图,使众多的早期数据变得可以理解。现在,复杂的激光物理学可以专门用于高速产生孤子序列,”拜罗伊特大学超快动力学初级教授兼研究工作协调人Georg Herink说。

共同作者康斯坦茨大学的Alfred Leitenstorfer教授博士,其研究小组多年来一直在开发光纤激光器作为光谱学的工具,他补充说。”基于我们的新发现,我们可以期待实现多功能的技术应用”。

在拜罗伊特大学,最近启动了一个DFG研究项目,目的是详细了解激光源中超短孤子之间的相互作用,并使其可用于未来的激光应用。

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