[论文解读] Few-cycle pulses from a graphene mode-locked all-fiber laser

David G. Purdie, D. Popa+7 more|arXiv (Cornell University)|Apr 7, 2015

Advanced Fiber Laser Technologies参考文献 2被引用 1

一句话总结

该论文展示了一种紧凑、全光纤、基于石墨烯的锁模激光系统，利用基于掺铒光纤放大器（EDFA）和单模光纤的外部压缩器，在1550 nm波长处产生约29 fs的脉冲。该装置实现了少周期运转（少于6个光周期），具有高稳定性、低成本且无需自由空间光学元件，适用于在坚固、免对准的结构中实现高时间分辨率应用。

ABSTRACT

We combine a graphene mode-locked oscillator with an external compressor and achieve~29fs pulses with~52mW average power. This is a simple, low-cost, and robust setup, entirely fiber based, with no free-space optics, for applications requiring high temporal resolution.

研究动机与目标

• 开发一种紧凑、低成本且坚固的全光纤飞秒激光系统，用于少周期脉冲生成。
• 通过消除自由空间光学元件，克服基于块状光学元件系统的局限性。
• 利用石墨烯的超宽带可饱和吸收特性，实现在宽波长范围内稳定、超短脉冲的生成。
• 在完全光纤集成的平台上实现亚100 fs脉冲并具有高平均功率。
• 展示一种可扩展且便携的解决方案，适用于超快光子学应用。

提出的方法

• 将基于石墨烯的可饱和吸收体（GSA）集成到光纤激光腔中，以实现被动锁模。
• 锁模振荡器产生初始脉冲，脉宽约为100 fs。
• 采用掺铒光纤放大器（EDFA）和一段单模光纤（SMF）实现外部压缩。
• EDFA同时对脉冲进行放大，并通过自相位调制引入非线性光谱展宽。
• SMF作为色散元件，通过补偿群速度色散来压缩脉冲。
• 整个系统采用标准电信组件，确保免对准、稳定且紧凑的运行。

实验结果

研究问题

• RQ1 全光纤、全固态激光系统是否可在无需自由空间光学元件的情况下生成少周期脉冲？
• RQ2 在具有外部压缩的光纤振荡器中，使用石墨烯可饱和吸收体可实现的最短脉冲宽度是多少？
• RQ3 EDFA与SMF的组合如何实现在单一集成级中同时完成放大与压缩？
• RQ4 该系统是否可在实现亚30 fs脉冲的同时保持高平均功率（>50 mW）？
• RQ5 所提出的装置是否足够坚固、低成本且可扩展，以实现超快科学领域的广泛应用？

主要发现

• 系统生成约29 fs的脉冲，平均功率约为52 mW，对应1550 nm波长下少于6个光周期。
• 脉宽通过基于EDFA和SMF的外部压缩实现，该装置同时完成脉冲的放大与压缩。
• 该装置完全基于光纤，无自由空间光学元件，确保免对准且坚固的运行。
• 使用石墨烯可饱和吸收体实现了1550 nm波段的超宽带锁模，支持超短脉冲生成。
• 系统表现出高稳定性，并与标准电信组件兼容，实现了低成本且便携的少周期脉冲生成。
• 该方法在紧凑的全光纤结构中实现了亚100 fs脉冲，克服了基于块状光学元件的少周期系统的局限性。