近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所強場激光物理國家重點實驗室、杭州光學(xué)精密機械研究所羅素先進光波科學(xué)中心、艾菲博（寧波）光電科技有限責(zé)任公司與武漢理工大學(xué)在利用反諧振空芯光纖實現(xiàn)超短脈沖激光精密同步方面取得進展。研究團隊首次報道了基于反諧振空芯光纖的超短脈沖激光主動同步技術(shù)，實現(xiàn)了寬帶超短脈沖激光的低噪高效傳輸和精密時間控制，同步精度達到2．23 fs （RMS）。相關(guān)研究成果以“Highly stable， flexible delivery of microjoule－level ultrafast pulses in vacuumized anti－resonant hollow－core fibers for active synchronization”為題發(fā)表于Optics Letters。
基于超短脈沖激光的高精度同步控制技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各種加速器和強激光裝置，極大地提高了大型科學(xué)裝置的時間控制精度。高精度時間同步的關(guān)鍵是確保超短脈沖激光的長距離穩(wěn)定傳輸。而傳統(tǒng)的石英光纖難以實現(xiàn)單脈沖能量微焦以上超短脈沖激光的高性能傳輸。這是因為微焦量級的超短脈沖激光具有較高的峰值功率，脈沖在纖芯為熔融石英的光纖中傳輸時會迅速積累過多的非線性，導(dǎo)致脈沖在時域和頻域上失真。
針對這一問題，研究團隊使用反諧振空芯光纖實現(xiàn)單脈沖能量微焦量級，脈沖寬度小于200 fs的超短激光脈沖的穩(wěn)定高效傳輸，并成功用于高精度激光脈沖同步研究。超短激光脈沖在抽真空的反諧振空芯光纖中傳輸時，由于氣體非線性效應(yīng)得到有效抑制，其光譜和脈寬基本保持不變，光纖輸出端激光脈沖在平均功率和光譜穩(wěn)定性方面與輸入端相當。得益于波導(dǎo)特性，輸出激光指向穩(wěn)定性從6 μrad提升到1 μrad。經(jīng)10 m空芯光纖傳輸后，激光脈沖在90分鐘內(nèi)抖動可以控制在2．23 fs （RMS）。該研究驗證了基于反諧振空芯光纖超快光—光同步的可行性，指出了反諧振空芯光纖在大型激光和加速器裝置時間同步控制方面的應(yīng)用潛力。
相關(guān)工作得到了國家自然科學(xué)基金，國家博士后創(chuàng)新人才支持計劃，中國博士后科學(xué)基金，中國科學(xué)院基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團隊計劃，上海市科技創(chuàng)新行動計劃基礎(chǔ)研究項目，張江實驗室建設(shè)與運行項目的支持。
圖1 實驗光路及反諧振空芯光纖截面圖
圖2 光纖入射端（a－c）和出射端（d－f）脈沖平均功率（a，d）、指向穩(wěn)定性（b，e）及光譜穩(wěn)定性測量（c，f）。
圖3 （a）平衡光學(xué)互相關(guān)原理圖，（b）互相關(guān)曲線，（c）開環(huán)時間抖動，（d）閉環(huán)時間抖動。
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