超快测量技术揭露激光从混乱到相干性的演变过程

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据悉,最近一篇由坦佩雷理工大学(TUT兰)光子学研究人员共同撰写、在Nature Photonics(自然光子学)上发表的研究论文,揭示了激光脉冲如何从噪声中凭空出现、在稳定运行之前处于复杂的分散和振荡状态等。

超快测量技术揭露激光从混乱到相干性的演变过程

能发射超短脉冲光的激光器是通信和工业加工等技术的关键组成部分,并且是获得诺贝尔物理学奖的基础研究的核心。虽然最初于20世纪60年代发明,但激光器能产生如此明亮光的确切机制仍然难以捉摸。

TUT光子实验室负责该研究的Goery Genty教授表示:“理解这些激光器的难度之所以如此之大,是因为它们产生的脉冲通常持续皮秒或更短时间;在激光器稳定之前,有数百个这样的短脉冲的复杂累积动态,这超出了当前光学测量技术的能力。”

这项研究由法国FEMTO-ST研究所和TUT的光子实验室合作完成。正是这种对亚皮秒分辨率下的激光时间强度以及亚纳米分辨率下光谱的实时测量,推动了这种新颖发现的特殊科学进展。通过同时记录这些时间和频谱特性,先进的计算算法可以检索出底层电磁场的完整特性。

除了为关于脉冲激光器如何操作提供新的见解之外,该研究结果还具有重要的跨学科应用。弗朗什-孔泰大学带领此次研究的John. M. Dudley教授表示:“这些结果提供了一个非常方便的、被称为‘耗散孤子系统’的实验室案例,它是非线性科学的一个中心概念,也与生物学、医学甚至社会科学等其他领域的研究有关。”

在重建电磁场的演变过程中,该研究团队观察到噪声中出现的耗散孤子结构之间的各种相互作用情景。

Genty教授表示:“我们实施的方法可以在低输入功率和高速下运行,研究结果为以碰撞、合并或分散等形式出现的耗散孤子之间以前看不见的相互作用提供了一个全新的途径。”

研究人员认为,此次研究结果将改进超快脉冲激光器的设计和性能。

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