Una explicación detallada de las fibras del infrarrojo medio y sus aplicaciones.

Junio 23, 2023 Oficial de Elfcam DESC OLT,

Conversión de frecuencia de sintonización de pulsos ultrarrápida basada en fibras de núcleo hueco

Hay varios tipos de fibras de núcleo hueco: banda prohibida, curvatura negativa y revestimiento de Bragg. Independientemente del tipo, el proceso de preparación es complejo. Mucha gente también cuestionaría la aplicación de fibras de núcleo hueco, considerándolas demasiado pesadas e inmaduras. Sin embargo, esta tecnología, que oculta nuevos fenómenos físicos, ofrece un entorno poco común para muchos experimentos. Hoy presentamos la conversión de frecuencia sintonizable de pulsos ultrarrápidos basada en fibras ópticas. Utilizando una fibra hueca estirada llena de nitrógeno, los pulsos láser ultrarrápidos de 1 μm se pueden convertir de manera sintonizable en longitudes de onda más largas y tiempos de pulso más cortos.

En este diagrama conceptual, el pulso láser ultrarrápido (azul) de la izquierda ingresa a una fibra de núcleo hueco estirada llena de nitrógeno (moléculas rojas) y, a medida que se propaga, obtiene un ensanchamiento espectral, con el haz de salida (naranja) a la derecha. . Este fenómeno no lineal se debe al efecto Raman, que está relacionado con la rotación de las moléculas de gas en el campo láser.

Los láseres de fibra Yb pueden producir pulsos ultrarrápidos con una longitud de onda central de aproximadamente 1 μm, pero en muchas aplicaciones (por ejemplo, generación de armónicos elevados, tomografía de coherencia óptica OCT en medicina), se requieren pulsos ultrarrápidos con alta energía y una longitud de onda ligeramente más larga. ). Las fuentes convencionales de pulsos ultrarrápidos sintonizables en longitud de onda, amplificadores paramétricos ópticos (OPA), convierten pulsos ultrarrápidos de 1 μm en frecuencia y permiten una sintonización continua de 1,3 a 4,5 μm, aunque el rango de 1,0-1,3 μm no se puede lograr sin frecuencias adicionales. Además, las ofertas públicas de adquisición son generalmente complejas y costosas de elaborar.

Aquí presentamos un método más simple que puede generar pulsos ultrarrápidos en la región de 1-1,7 μm: se envía un pulso de bomba de 1 μm a lo largo de una larga sección de canal llena de nitrógeno en una fibra a un núcleo hueco, lo que resulta en un cambio Raman extremo (extremo). Desplazamiento al rojo Raman) de la luz. Una ventaja adicional de este método es la reducción del pulso de 200 fs a aproximadamente 20 fs.

Como es posible

(A)

(1) Compare este método con experimentos convencionales en los que una fibra de núcleo hueco normalmente se llena con un gas monoatómico (por ejemplo, argón) para expandir simétricamente el espectro del láser y luego recomprimirlo en un pulso corto.

(2) En este experimento, el equipo descubrió que utilizando, por ejemplo, nitrógeno, todavía era posible ampliar el espectro, pero de una forma asimétrica inesperada.

El haz se amplía hacia longitudes de onda infrarrojas (IR) largas, lo que permite filtrar el espectro de salida para retener la banda donde se aplicará. De esta forma, la energía se transmite en la gama espectral del infrarrojo cercano con un pulso tres veces más corto (lo que permite obtener una eficiencia comparable a la del OPA); y lo más importante, el proceso no requiere equipos complejos ni sistemas adicionales de postcompresión por impulsos.

(B) Otro experimento: el equipo utilizó una fibra de núcleo hueco llena de nitrógeno y, en lugar de filtrar el espectro, lo comprimió en el tiempo utilizando una lente dispersiva capaz de ajustar la fase del pulso expandido. física de campo fuerte (attosegundo y física de campo fuerte)”.

(C) Estirar una fibra de núcleo hueco (HCF) y luego bombear un pulso de 200 fs y 1,03 μm desde un sistema láser amplificado basado en Yb. El dispositivo de TUWien utiliza una fibra de 5,5 m de largo y 1 mm de diámetro interno; INRS utiliza una fibra de 6 m de largo y 0,53 mm de diámetro interno, así como espejos chirriados de banda ancha para comprimir los pulsos.

El grupo de Moscú, dirigido por Aleksei ZhelTIkov, se centra en desarrollar modelos teóricos para explicar estos fenómenos ópticos. Al combinar estos tres enfoques, los investigadores no solo pudieron comprender completamente la compleja dinámica subyacente, sino también utilizar nitrógeno para lograr un desplazamiento extremo al rojo y una compresión efectiva del pulso en la región infrarroja. compresión efectiva de pulsos en el rango infrarrojo).

El equipo cree que un enfoque basado en cambios Raman bien podría satisfacer la creciente demanda de fuentes de luz ultrarrápidas de longitud de onda más larga para aplicaciones láser y de campo fuerte, comenzando con sistemas más baratos y sintonizables de calidad industrial.

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