用于低噪声相干超连续产生的新型光子晶体光纤

为什么来自光纤的亮白光很重要

许多现代的医学、传感和精密测量工具依赖于覆盖宽波段同时极其稳定的激光光源。本研究提出了一种新型光学光纤，能将短的红外激光脉冲转化为平滑、明亮且噪声极低的彩虹光谱。该设计比现有光纤更为简洁，同时仍能控制光的偏振，这对最苛刻的定时和频率应用至关重要。

在光纤中塑造光的一种新方法

研究人员制作了一种特殊的玻璃光纤，称为光子晶体光纤，其微小的实心芯被规则排列的微观气孔环绕。通过精心选择这些气孔的尺寸和间距，他们控制了不同颜色光在光纤中的传播特性。该设计保证了略微不同波长的光保持紧密聚集而不会过快分散，这有助于最初的窄带激光脉冲平滑地拓宽为宽光谱。不同于许多商业设计，这种光纤通过两个稍大的中央气孔来保持光的偏振，而不是使用额外的受力玻璃棒，从而简化了制造和操作。

将窄带激光变成平滑的彩虹

团队用两种飞秒激光器对光纤进行了测试，这些激光器发射接近1030纳米的极短脉冲，这一波段在工业和科学系统中很常见。仅需数十千瓦的峰值功率和短于四分之一米的光纤段，输出就从约630延伸到1350纳米，覆盖了大部分可见光和近红外波段。所得的光谱不仅够宽，而且平坦对称，没有深陷或尖峰，这使其在精密光谱学和光学成像等应用中更易于使用。

设计选择与性能比较

实验辅以数值模拟，以理解输入脉冲的细节如何影响最终光谱。作者表明，初始激光脉冲中的缺陷，例如微小的前脉冲和后脉冲，可能在输出中留下波纹。当使用更干净、近似理想的脉冲时，这些波纹大多消失。他们还将新光纤与采用应力棒的商用偏振保持光纤进行了比较。在相同条件下，新设计产生的光谱略宽，尤其在更短波长一侧更为明显，这得益于其更小的模场面积、泵浦波长处更低的色散以及更便于对准和耦合的外形尺寸。

这束彩虹光有多安静

对于许多先进应用，光谱的宽度还不够；它还必须在脉冲间保持极高的稳定性。作者以多种方式测量了这种稳定性。首先，他们使用时域拉伸技术实时记录数百个脉冲的光谱，发现大部分光谱上的强度变化维持在约0.5%或以下。其次，他们用两个相同光纤的干涉装置对比逐次脉冲的相位，发现相位波动小到基本由测量仪器本身限制。第三，他们将光转换为射频信号并分析其噪声，确认光纤在宽频偏范围内没有在原始激光之外引入明显额外的相位噪声。

这对未来光源意味着什么

简而言之，研究表明一种相对直接的光纤设计可以将标准的飞秒激光器转变为异常稳定的白光源，同时保持光的偏振锁定。宽、平坦的光谱、低强度噪声和极小的相位变化相结合，使该光纤非常适合依赖极精确定时和颜色控制的任务，如双梳光谱学、非线性成像和先进的频率测量。由于该设计避免了复杂的受力结构，并可在短光纤长度和适中功率下工作，它为未来科学和技术应用提供了一条实用的、紧凑且可靠的超连续系统路线。

引用: Morel, R., Millo, J., Forget, N. et al. Novel photonic crystal fibre for low-noise coherent supercontinuum generation. Sci Rep 16, 14901 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43460-5

关键词: 超连续, 光子晶体光纤, 超快激光, 低噪声光, 频率梳