Une explication détaillée des fibres à infrarouge moyen et de leurs applications

juin 23, 2023 Elfcam Official Off OLT,

Conversion de fréquence par accord d’impulsion ultra-rapide basée sur des fibres à âme creuse

Il existe plusieurs types de fibres à âme creuse : à bande interdite, à courbure négative et à gaine de Bragg. Quel que soit le type, le processus de préparation est complexe. De nombreuses personnes remettraient également en question l’application des fibres à âme creuse, les jugeant trop lourdes et immatures. Cependant, cette technologie, qui recèle de nouveaux phénomènes physiques, offre un environnement rare pour de nombreuses expériences. Nous présentons aujourd’hui la conversion de fréquence accordable d’impulsions ultrarapides basée sur des fibres optiques. En utilisant une fibre creuse étirée remplie d’azote, des impulsions laser ultrarapides de 1 μm peuvent être converties de manière accordable à des longueurs d’onde plus grandes et à des temps d’impulsion plus courts.

Dans ce schéma conceptuel, l’impulsion laser ultrarapide (bleue) à gauche pénètre dans une fibre à cœur creux étirée (Stretched) remplie d’azote (molécules rouges) et, en se propageant, obtient un élargissement spectral, avec le faisceau de sortie (orange) à droite. Ce phénomène non linéaire est dû à l’effet Raman, qui est lié à la rotation des molécules de gaz dans le champ du laser.

Les lasers à fibre Yb peuvent produire des impulsions ultrarapides avec une longueur d’onde centrale d’environ 1 μm, mais dans de nombreuses applications (par exemple, la génération d’harmoniques élevées, la tomographie par cohérence optique OCT en médecine), des impulsions ultrarapides à haute énergie et de longueur d’onde légèrement plus grande sont nécessaires. ). Les sources conventionnelles d’impulsions ultrarapides accordables en longueur d’onde, les amplificateurs paramétriques optiques (OPA), convertissent les impulsions ultrarapides de 1 μm en fréquence et permettent un accord continu de 1,3 à 4,5 μm, bien que la plage de 1,0-1,3 μm ne puisse pas être atteinte sans fréquences supplémentaires. En outre, les OPA sont généralement complexes et coûteux à construire.

Nous présentons ici une méthode plus simple qui permet de générer des impulsions ultrarapides dans la région 1-1,7 μm : une impulsion de pompe de 1 μm est envoyée le long d’une longue section de canal remplie d’azote dans une fibre à noyau creux, ce qui entraîne un décalage Raman extrême (extreme Raman red-shifTIng) de la lumière. Un avantage supplémentaire de cette méthode est la réduction de l’impulsion de 200 fs à environ 20 fs.

Comment cela est-il possible ?

(A)

(1) Comparez cette méthode aux expériences conventionnelles dans lesquelles une fibre à noyau creux est généralement remplie d’un gaz monatomique (par exemple l’argon) pour élargir symétriquement le spectre du laser et le recomprimer ensuite en une impulsion courte.

(2) Dans cette expérience, l’équipe a constaté qu’en utilisant, par exemple, de l’azote, il était toujours possible d’élargir le spectre, mais d’une manière asymétrique inattendue.

Le faisceau est élargi vers les grandes longueurs d’onde infrarouges (IR), ce qui permet de filtrer le spectre de sortie pour conserver la bande où il doit être appliqué. De cette manière, l’énergie est transmise dans la gamme spectrale de l’infrarouge proche avec une impulsion trois fois plus courte (ce qui permet d’obtenir une efficacité comparable à celle de l’OPA) ; et surtout, le processus ne nécessite pas d’équipement complexe ni de système supplémentaire de post-compression des impulsions.

(B) Autre expérience : l’équipe a utilisé une fibre à cœur creux remplie d’azote et, au lieu de filtrer le spectre, l’a comprimé dans le temps à l’aide d’une lentille dispersive capable d’ajuster la phase de l’impulsion élargie. physique du champ fort (physique de l’attoseconde et du champ fort)”.

(C) Étirement d’une fibre à âme creuse (HCF) puis pompage d’une impulsion de 200 fs, 1,03 μm, à partir d’un système laser amplifié à base d’Yb. Le dispositif de TUWien utilise une fibre de 5,5 m de long et de 1 mm de diamètre intérieur ; l’INRS utilise une fibre de 6 m de long et de 0,53 mm de diamètre intérieur, ainsi que des miroirs chirpés à large bande pour comprimer les impulsions.

Le groupe de Moscou, dirigé par Aleksei ZhelTIkov, se concentre sur le développement de modèles théoriques pour expliquer ces phénomènes optiques. En combinant ces trois approches, les chercheurs ont pu non seulement comprendre pleinement la dynamique complexe sous-jacente, mais aussi utiliser l’azote pour obtenir un décalage vers le rouge extrême et une compression efficace des impulsions dans le domaine de l’infrarouge. compression efficace des impulsions dans la gamme infrarouge).

L’équipe estime qu’une approche basée sur le décalage Raman pourrait bien répondre à la demande croissante de sources de lumière ultrarapide à plus grande longueur d’onde pour les applications laser et à champ fort, en commençant par des systèmes accordables moins chers et de qualité industrielle.

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