文/John Wallace

光学频率梳的频谱为一系列等间隔、位置固定、且具有极宽光谱范围的单色谱线，这些单色谱线如同梳子的梳齿一样，完美地等间隔排布。通常将重复频率稍有差别的两个光学频率梳组合在一起，形成双光梳激光装置。双光梳激光提供的脉冲序列特别适用于极其灵敏的快速光谱测量和精密激光测距。但是，由于需要两个稳定的光学频率梳以及复杂的同步电子系统，此前只能在实验室实现这些测量应用。

苏黎世联邦理工学院的研究人员，利用单个激光腔实现了高功率双光学频率梳飞秒脉冲激光输出，无需任何电子同步系统，就能提供等同或更高的定时精度。瑞士苏黎世联邦理工学院的Benjamin Willenberg在2020 OSA激光大会上展示了这种新方法，并表示这种方法产生的一对频率梳，其重复频率具有很小的稳定的偏移量。

Willenberg解释说：“在不影响激光脉冲输出性能的条件下，这种方法解决了双光梳系统的高复杂性问题，能够促进潜在的传感应用，包括无损检测的时域光谱、工业和环境监测的痕量气体检测，以及用于机器视觉的激光测距等。”

在这项研究工作中，研究人员用更简单、更稳定的光学方法取代复杂的电子同步系统，用单个激光腔实现了双光梳输出。研究人员将两个双折射晶体插入激光腔，以允许这种腔体结构在两种偏振态下发射激光，并且在两个偏振态之间引入了重复频率差。研究人员将这种双折射晶体偏振复用技术与二极管泵浦的固态激光技术相结合，产生了从40Hz~3.35kHz连续可调的双频率梳激光输出，且不影响激光输出性能。

由于新设计使用单个激光腔实现了两个光学频率梳激光输出，因此可以开发更加紧凑的双光学频率梳，从而在功率、波长、带宽和脉冲重复频率等方面，提供更大的灵活性。利用这个新装置，研究人员实现了两束波长为1050nm、脉宽为 175fs、功率为440mW的脉冲激光输出，两束激光的重复频率差为1kHz。这项技术的下一步发展将是开发坚固耐用的便携式原型激光系统，用于科学及工业应用。此外，还要将激光输出功率和重复频率进一步提高，以实现更快的测量；最后是建立激光器的商业化应用渠道。

参考文献：

B. Willenberg et al., Opt. Express, 28, 30275–30288 (2020); https://doi.org/10.1364/oe.403072.