孤子激光器克服了能量限制
產生超短光脈沖需要仔細控制光的色散：相速度取決于頻率，并且由于實際脈沖包含頻率擴展，因此它在傳播通過光學介質時會變寬。孤子激光器是一種簡單，便宜的亞皮秒脈沖源，主要由激光二極管和光纖組成。它們通過與Kerr聚焦（當光的電場改變介質的折射率時引起的脈沖變窄）之間的平衡來平衡擴散，從而減輕了擴散，因此每個脈沖都作為孤子傳播，其持續時間保持不變。
孤子激光器由于其簡單的結構而具有吸引力，但它們無法獲得啁啾脈沖放大等技術的高能量。這是因為能量E和持續時間τ呈反比，因此縮短脈沖只會增加其能量。
現在，悉尼大學的Antoine Runge及其同事與麥格理大學和諾基亞貝爾實驗室的合作者已經克服了這一限制。他們的新型純四元孤子激光器使用空間光調制器（SLM）來控制光的色散關系，以允許獲得更高的能量脈沖。
色散關系k（ω）描述了波的頻率如何與其波長相關。對于常規孤子激光器中的光，該函數近似為二次方，其二階導數描述了在沒有Kerr聚焦的情況下脈沖將如何擴展。實驗上可以最小化可能使孤子不穩定的非零高階導數。然而，2016年，悉尼大學的研究人員（包括當前研究的作者安德里亞·布蘭科－雷東多和馬丁·德·斯特克都在內）表明，高階色散實際上是有用的。他們設計了一個光子晶體波導其中通過波導的幾何形狀消除了二階和三階色散的影響。四階色散和克爾聚焦的平衡是孤子形成的原因。
Runge及其同事制造的純四階孤子激光器采用了相同的原理。但是，研究人員使用可編程的SLM代替了專門設計的波導，以創建所需的色散分布圖。研究人員證實，四次脈沖的能量是正比于τ-3，作為預測的第四階色散孤子，而不是τ-1，如在常規的孤子。這種縮放解釋了為什么純四階激光器中的脈沖能量有可能超過現有設備中的脈沖能量幾個數量級。朗格及其同事的下一步是實現這些更高的能量。
在幾十瓦的功率下，孤子脈沖沒有打破任何記錄。然而，像微機械和軟組織手術這樣需要快速爆發出高能量的應用，可以從緊湊、低成本的設備中獲益。
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