特温特大学研究人员开发的一种超高效片上超连续激光器有望实现从便携式医疗成像设备到化学传感和激光雷达的各种应用。研究人员的设计能够通过交替加宽和缩小光束来控制激光系统中光的色散。
激光通常发出相干的光，这意味着它们发射的波在频率和波形上是相同的。光的相干特性使得能够以非常低的噪声在极远的距离上发送窄光束。然而，这也意味着激光一次只发射一种颜色的光，这限制了应用。
超连续介质激光器产生连续的颜色光谱，因此可以呈现白色。到目前为止，生成如此宽的颜色带宽需要高峰值功耗（脉冲能量）。这些激光器往往相当大，必须在实验室中稳定。它们也相当昂贵。例如，尽管这些激光器已用于1350D成像，但功率效率和空间消耗限制了其应用。为了减少超连续激光器中所需的脉冲能量，研究人员使用了符号交替色散波导。这些波导旨在通过交替加宽和缩小光束来控制光的散射。
在正常色散波导中，超连续体产生（SCG）中频率的产生与波导色散一起工作，以加速脉冲的时间展宽，第一作者Haider Zia说。因此，在正常色散SCG中，脉冲会迅速失去峰值功率，并且任何进一步的带宽生成都将停止。在异常色散波导中，色散将产生的频率聚集在一起，使脉冲在时间上压缩，从而提高其峰值功率并加速带宽生成。
然而，Zia说，脉冲最终会形成一个孤子，其中非线性产生和色散相反地工作，因此不会发生新的光谱产生。
异常色散 SCG 通常产生比普通色散 SCG 更大的带宽，但频谱调制更多。在这两种情况下，频谱展宽在波导中传播一定长度后停止。
研究人员交替使用波导色散，使得当峰值功率在正常色散段中损失时，脉冲进入异常色散段，重新获得峰值功率。当脉冲开始将自身塑造成孤子时，它就会被进入下一个正态色散段所破坏。
“因此，两种色散中的停滞机制都是通过迭代符号交替色散来克服的，”Zia告诉Photonics Media。“结果是传播长度增加，现在仅受传播损耗的限制，其中仍然可以产生频谱，从而降低所需的输入功率。
Zia说，这种方法还扩展了1 / e（约-4 dB）范围内的带宽，而不是传统SCG的-30 dB范围。然后，频谱功率在整个带宽上更加平衡，这对于高质量光学设备或脉冲压缩是不可或缺的。
Zia说：“我们的波导具有世界纪录的1 / e带宽>500 nm，脉冲能量从9 pJ开始，脉冲持续时间为20 fs，从200 fs输入脉冲压缩。“它们都集中在1550纳米的电信波长上。
研究人员的下一步是设计他们的波导与基于芯片的脉冲激光二极管集成，这样就可以开发真正集成的宽带宽SCG系统，而无需小型外部激光器。Zia说，由于带宽生成的质量以及波导功率要求的降低，该技术已经可用于可以使用SCG的便携式光学设备，例如3D成像设备。
