Una spiegazione dettagliata delle fibre del medio infrarosso e delle loro applicazioni

Giugno 23, 2023 Ufficiale Elfcam sconto OLT,

Conversione di frequenza di sintonia a impulsi ultraveloce basata su fibre a nucleo cavo

Esistono diversi tipi di fibre a nucleo cavo: band gap, curvatura negativa e rivestimento di Bragg. Indipendentemente dalla tipologia, il processo di preparazione è complesso. Molte persone metterebbero in dubbio anche l’applicazione delle fibre a nucleo cavo, considerandole troppo pesanti e immature. Tuttavia questa tecnologia, che nasconde nuovi fenomeni fisici, offre un ambiente raro per molti esperimenti. Oggi presentiamo la conversione di frequenza sintonizzabile di impulsi ultraveloci basata su fibre ottiche. Utilizzando una fibra cava trafilata riempita di azoto, gli impulsi laser ultraveloci da 1 μm possono essere convertiti in modo regolabile in lunghezze d'onda più lunghe e tempi di impulso più brevi.

In questo schema concettuale, l'impulso laser ultraveloce (blu) a sinistra entra in una fibra stirata a nucleo cavo riempita di azoto (molecole rosse) e, propagandosi, ottiene un allargamento spettrale, con il fascio in uscita (arancione) a destra . Questo fenomeno non lineare è dovuto all'effetto Raman, che è legato alla rotazione delle molecole di gas nel campo del laser.

I laser a fibra Yb possono produrre impulsi ultraveloci con una lunghezza d'onda centrale di circa 1 μm, ma in molte applicazioni (ad esempio, generazione di armoniche elevate, tomografia a coerenza ottica OCT in medicina), sono necessari impulsi ultraveloci con energia elevata e lunghezza d'onda leggermente più lunga. ). Le convenzionali sorgenti di impulsi ultraveloci sintonizzabili in lunghezza d'onda, gli amplificatori ottici parametrici (OPA), convertono gli impulsi ultraveloci da 1 μm in frequenza e consentono la sintonizzazione continua da 1,3 a 4,5 μm, sebbene l'intervallo di 1,0-1,3 μm non possa essere raggiunto senza frequenze aggiuntive. Inoltre, le offerte pubbliche di acquisizione sono generalmente complesse e costose da realizzare.

Qui presentiamo un metodo più semplice in grado di generare impulsi ultraveloci nella regione di 1-1,7 μm: un impulso di pompa da 1 μm viene inviato lungo una lunga sezione di canale riempita di azoto in una fibra a nucleo cavo, che si traduce in uno spostamento Raman estremo (estremo Raman red-shifting) della luce. Un ulteriore vantaggio di questo metodo è la riduzione dell'impulso da 200 fs a circa 20 fs.

Come è possibile?

(A)

(1) Confrontare questo metodo con gli esperimenti convenzionali in cui una fibra a nucleo cavo viene tipicamente riempita con un gas monoatomico (ad esempio argon) per espandere simmetricamente lo spettro del laser e quindi ricomprimerlo in un breve impulso.

(2) In questo esperimento, il team ha scoperto che utilizzando, ad esempio, l'azoto, era ancora possibile ampliare lo spettro, ma in un modo asimmetrico inaspettato.

Il fascio viene ampliato verso le lunghezze d'onda dell'infrarosso lungo (IR), consentendo di filtrare lo spettro di uscita per mantenere la banda in cui deve essere applicato. In questo modo l'energia viene trasmessa nel campo spettrale del vicino infrarosso con un impulso tre volte più breve (che permette di ottenere un'efficienza paragonabile a quella dell'OPA); e, cosa più importante, il processo non richiede attrezzature complesse o sistemi aggiuntivi di post-compressione dell'impulso.

(B) Un altro esperimento: il team ha utilizzato una fibra a nucleo cavo riempita di azoto e, invece di filtrare lo spettro, lo ha compresso nel tempo utilizzando una lente dispersiva in grado di regolare la fase dell'impulso espanso. fisica dei campi forti (attosecondi e fisica dei campi forti)”.

(C) Allungamento di una fibra a nucleo cavo (HCF) e quindi pompaggio di un impulso di 200 fs, 1,03 μm da un sistema laser amplificato basato su Yb. Il dispositivo di TUWien utilizza una fibra lunga 5,5 me con diametro interno di 1 mm; L'INRS utilizza una fibra lunga 6 metri e con un diametro interno di 0,53 mm, nonché specchi trillati a banda larga per comprimere gli impulsi.

Il gruppo di Mosca, guidato da Aleksei ZhelTIkov, si concentra sullo sviluppo di modelli teorici per spiegare questi fenomeni ottici. Combinando questi tre approcci, i ricercatori sono stati in grado non solo di comprendere appieno le complesse dinamiche sottostanti, ma anche di utilizzare l’azoto per ottenere un estremo spostamento verso il rosso e un’efficace compressione degli impulsi nella regione dell’infrarosso. compressione efficace degli impulsi nella gamma degli infrarossi).

Il team ritiene che un approccio basato sullo spostamento Raman potrebbe soddisfare la crescente domanda di sorgenti luminose ultraveloci con lunghezza d’onda maggiore per applicazioni laser e a campo forte, a partire da sistemi più economici e sintonizzabili di qualità industriale.

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