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科學家發現創紀錄超短激光脈沖用於工程和生物醫藥

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2020年12月26日 -
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江蘇激光產業創新聯盟光學研究所發展了創紀錄超短激光脈沖用於新的發展的技術，工作於比較重要的場合如工程和生物醫藥。 在William Renninger實驗室所發展的展寬脈沖孤子克爾諧振器（soliton kerr resonator）中，一個單脈沖的激光進入光纖環形腔，產生一個在輸出端的寬帶寬梳的頻率來支撐超快飛秒脈沖。 在光纖腔內部，脈沖實時拉伸和壓縮，在腔內達到一個最小的雙倍停留在每兩個光纖界面的中心附近。 拉伸和壓縮的時間演化是飛秒孤子克爾諧振器展寬脈沖的顯著特征美國羅切斯特大學的研究人員設置了一個新的標准，當用於制造一個同傳統的光源相比較，可以在一個寬廣波長的超快激光脈沖。 實驗設備示意圖：光強度調制器Intensity modulator (IM), 摻餌光纖放大器erbium-doped fiber amplifier (EDFA), 光纖布拉格光柵fiber Bragg grating (FBG), 光譜分析器optical spectrum analyzer (OSA), 色散補償光纖dispersion compensating fiber (DCF), 偏振控制器polarization controller (PC), 隔離器isolator (ISO), 循環器circulator (CIR), 循環器beam splitter (BS).他們將這一研究工作發表在《Physical Review Letters》上，William Renninger，光學的副教授，同他實驗室的成員一起，描繪了和開發了一個新的裝置器件，稱之為“拉伸脈沖孤子克爾諧振器”，這一諧振器可以增加超快激光脈沖的性能。 這一研究工作在大範圍的工程和生物上具有廣泛的應用，包括光譜學，頻率合成，測距，脈沖發生以及其他等。 拉伸脈沖孤子依賴於色散和驅動能量這一裝置創造了一個超快激光脈沖，而且創造的這一脈沖為飛秒量級，或者說為百萬分之一秒，這使得人們從物理極限中解放出來，從激光光源的學術限制中解放出來了——也就是激光科學家稱之為激光增益——以及激光波長的光源的限制。 簡單的輸入，就會從無增益的光纖源頭獲得超短的脈沖， Renninger說到。 Renninger及其他的團隊，研究生和博士後研究人員提高了克爾諧振器的性能，這是一個激動人心的新的替換產生飛秒激光脈沖的辦法，這一直是這一領域的研究人員所考慮的話題。 實驗室通過發現一個新的孤子攻克了克爾諧振器其它版本的脈沖持續時間的挑戰難題——一個短的脈沖或波的局部化包絡——這可以在以固定的速率傳播的時候保持他的形狀。 在Renninger的器件中的 孤立子同在其他的克爾諧振器中的孤立子，尤其是在他們制造的展寬的行為和形狀方面。 在保持同一事情的重複性的穩定方面，可以獲得長的，然後短的，長的和然後短的，Renninger說到。 脈沖的特征在光譜帶寬和壓縮脈沖持續時間為210飛秒的時候，此時的最短脈沖持續時間可以觀察並追溯到光纖克爾諧振器，研究人員在論文中聲稱。 論文的作者Xue Don是一位碩士研究生，在 Renninger實驗室學習。 除了Renninger的實驗室的研究人員之外，其他的論文作者如Qian Yang 和 Christopher Spiess，也是實驗室的碩士研究生，Victor Bucklew，是該實驗室的一位早期的博士後研究人員。 這一研究工作得到了大學的部分資助以及美國國家衛生中心的資助（NIH）。 使得超快激光更家容易實現Renninger，是一位制造飛秒激光光源的科學家，在康奈爾大學應用物理專業獲得學士學位和ＰｈＤ學位。 在加入到光學研究所之前，他的博士後研究工作和副教授的職業生涯是在耶魯大學的應用物理專業度過的。 市場上雖然存在有商業化的產品，但他們卻非常昂貴。 由於設備的價格昂貴，對於許多研究者來說就在經費緊張的時候受到限制，Renninger說到。 Renninger稱他們新設計的諧振腔成本更低，更易於普及到更多的應用領域。 以往的設備購買後大部分的花費用於技能上了，而不是花費在部件上了，因此他們的研究小組使用資助的研究經費來提供給相對小的大學的研究小組來進行設計和構建飛秒激光系統來用於基礎的研究。 最終的目標是設計一個指導原則發布在網站上供每一個人來使用，Renninger說到。 文章來源： “Stretched-Pulse Soliton Kerr Resonators” by Xue Dong, Qian Yang, Christopher Spiess, VictorG. Bucklew and WilliamH. Renninger, 17 July 2020, Physical Review Letters.　DOI: 10.1103/PhysRevLett.125.033902
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江蘇激光產業創新聯盟

光學研究所發展了創紀錄超短激光脈沖用於新的發展的技術，工作於比較重要的場合如工程和生物醫藥。

在William Renninger實驗室所發展的展寬脈沖孤子克爾諧振器（soliton kerr resonator）中，一個單脈沖的激光進入光纖環形腔，產生一個在輸出端的寬帶寬梳的頻率來支撐超快飛秒脈沖。在光纖腔內部，脈沖實時拉伸和壓縮，在腔內達到一個最小的雙倍停留在每兩個光纖界面的中心附近。拉伸和壓縮的時間演化是飛秒孤子克爾諧振器展寬脈沖的顯著特征

美國羅切斯特大學的研究人員設置了一個新的標准，當用於制造一個同傳統的光源相比較，可以在一個寬廣波長的超快激光脈沖。

實驗設備示意圖
：光強度調制器Intensity modulator (IM), 摻餌光纖放大器erbium-doped fiber amplifier (EDFA), 光纖布拉格光柵fiber Bragg grating (FBG), 光譜分析器optical spectrum analyzer (OSA), 色散補償光纖dispersion compensating fiber (DCF), 偏振控制器polarization controller (PC), 隔離器isolator (ISO), 循環器circulator (CIR), 循環器beam splitter (BS).

他們將這一研究工作發表在《Physical Review Letters》上，William Renninger，光學的副教授，同他實驗室的成員一起，描繪了和開發了一個新的裝置器件，稱之為“拉伸脈沖孤子克爾諧振器”，這一諧振器可以增加超快激光脈沖的性能。這一研究工作在大範圍的工程和生物上具有廣泛的應用，包括光譜學，頻率合成，測距，脈沖發生以及其他等。

拉伸脈沖孤子依賴於色散和驅動能量

這一裝置創造了一個超快激光脈沖，而且創造的這一脈沖為飛秒量級，或者說為百萬分之一秒，這使得人們從物理極限中解放出來，從激光光源的學術限制中解放出來了——也就是激光科學家稱之為激光增益——以及激光波長的光源的限制。

簡單的輸入，就會從無增益的光纖源頭獲得超短的脈沖， Renninger說到。

Renninger及其他的團隊，研究生和博士後研究人員提高了克爾諧振器的性能，這是一個激動人心的新的替換產生飛秒激光脈沖的辦法，這一直是這一領域的研究人員所考慮的話題。

實驗室通過發現一個新的孤子攻克了克爾諧振器其它版本的脈沖持續時間的挑戰難題——一個短的脈沖或波的局部化包絡——這可以在以固定的速率傳播的時候保持他的形狀。在Renninger的器件中的孤立子同在其他的克爾諧振器中的孤立子，尤其是在他們制造的展寬的行為和形狀方面。

在保持同一事情的重複性的穩定方面，可以獲得長的，然後短的，長的和然後短的，Renninger說到。

脈沖的特征在光譜帶寬和壓縮脈沖持續時間為210飛秒的時候，此時的最短脈沖持續時間可以觀察並追溯到光纖克爾諧振器，研究人員在論文中聲稱。

論文的作者Xue Don是一位碩士研究生，在 Renninger實驗室學習。除了Renninger的實驗室的研究人員之外，其他的論文作者如Qian Yang 和 Christopher Spiess，也是實驗室的碩士研究生，Victor Bucklew，是該實驗室的一位早期的博士後研究人員。

這一研究工作得到了大學的部分資助以及美國國家衛生中心的資助（NIH）。

使得超快激光更家容易實現

Renninger，是一位制造飛秒激光光源的科學家，在康奈爾大學應用物理專業獲得學士學位和ＰｈＤ學位。在加入到光學研究所之前，他的博士後研究工作和副教授的職業生涯是在耶魯大學的應用物理專業度過的。

市場上雖然存在有商業化的產品，但他們卻非常昂貴。由於設備的價格昂貴，對於許多研究者來說就在經費緊張的時候受到限制，Renninger說到。Renninger稱他們新設計的諧振腔成本更低，更易於普及到更多的應用領域。

以往的設備購買後大部分的花費用於技能上了，而不是花費在部件上了，因此他們的研究小組使用資助的研究經費來提供給相對小的大學的研究小組來進行設計和構建飛秒激光系統來用於基礎的研究。最終的目標是設計一個指導原則發布在網站上供每一個人來使用，Renninger說到。

文章來源： “Stretched-Pulse Soliton Kerr Resonators” by Xue Dong, Qian Yang, Christopher Spiess, VictorG. Bucklew and WilliamH. Renninger, 17 July 2020, Physical Review Letters.　DOI: 10.1103/PhysRevLett.125.033902