白光激光器

白光激光器

激光的时间相干性对应于其有限的光谱宽度，这在根本上是由于所有材料的有限增益带宽引起的。即使是*宽的增益曲线宽度，也只有其中心频率的10%～20%。

然而，许多应用要求更宽的光谱宽度，并且没有亮度或功率损耗。产生这种超宽光谱的一种方法就是利用在高光功率下材料的非线性响应。基于这种技术的白光激光光源几乎在激光发明的时候就出现了。[1]大多数早期的结构都需要大型、笨重的泵浦激光系统；许多实验采用块状材料作为非线性介质。但是产生宽带光的非线性过程，同时也会因为光学细丝和击穿使输出光束质量下降。

光子晶体和微结构光纤的快速发展为业界带来了突破，其中光是在由微小空气孔包围的石英纤芯中传导的。使用掺钛蓝宝石激光作为泵浦源，在这些光纤中产生了可见光波段的高光束质量的宽带超连续光。[2]这使该技术进入了一个快速发展期，研究人员一边试图理解这些过程的本质特性，一边优化系统（泵浦激光与非线性光纤的耦合），以产生宽带、平坦、低噪声的光谱，并使用廉价的泵浦元件。一些潜在的应用引起了研究人员的兴趣，这可能得益于在多个方面与先前有本质区别的新型光源。

光纤超连续光谱现象

如何让一个窄带的激光束在简单地通过一段由石英制作的光纤之后，变换成覆盖从可见光到近红外光的像彩虹一样多彩绚烂的色彩？

这种过程的细节很复杂，而且随着波长、脉冲宽度和所用光纤的变化而变化。然而，所有这些通常都源于克尔和拉曼非线性效应，以及群速度色散（GVD）。如果GVD是正常色散，那么克尔和色散项同时使脉冲发生色散，因此在经过很短的一段光纤后，脉冲峰值功率就会下降，光纤的非线性响应就会显著降低，因此，在这种情况将消弱光谱展宽。

然而，如果群速度色散是反常色散（也就是群折射率随着波长的增加而增加），那么GVD效应和克尔非线性效应就会相互抵消，脉冲就会以光孤子的形式在光纤中传输很长距离，而且不会发生色散。以高峰值功率传输很长一段距离，就引发一系列光学效应，这将导致光谱进一步展宽，并*终产生有效的超连续谱。这在一定程度上得益于光子晶体光纤的高效性：通过控制可以在很宽的波长范围内达到零GVD，在常用的泵浦激光波长实现反常色散（如1064nm和800nm），而这在传统光纤技术中是很难实现的。