Uma explicação detalhada das fibras infravermelhas médias e suas aplicações

Junho 23, 2023 Oficial Elfcam Off OLT,

Conversão de frequência de ajuste de pulso ultrarrápida baseada em fibras de núcleo oco

Existem vários tipos de fibras de núcleo oco: band gap, curvatura negativa e revestimento de Bragg. Independentemente do tipo, o processo de preparação é complexo. Muitas pessoas também questionariam a aplicação de fibras com núcleo oco, considerando-as muito pesadas e imaturas. No entanto, esta tecnologia, que esconde novos fenómenos físicos, oferece um ambiente raro para muitas experiências. Hoje apresentamos conversão de frequência sintonizável de pulsos ultrarrápidos baseados em fibras ópticas. Usando uma fibra oca esticada cheia de nitrogênio, pulsos de laser ultrarrápidos de 1 μm podem ser convertidos de forma sintonizada em comprimentos de onda mais longos e tempos de pulso mais curtos.

Neste diagrama conceitual, o pulso de laser ultrarrápido (azul) à esquerda entra em uma fibra esticada de núcleo oco preenchida com nitrogênio (moléculas vermelhas) e, à medida que se propaga, obtém um alargamento espectral, com o feixe de saída (laranja) à direita . Esse fenômeno não linear se deve ao efeito Raman, que está ligado à rotação das moléculas de gás no campo do laser.

Os lasers de fibra Yb podem produzir pulsos ultrarrápidos com um comprimento de onda central de cerca de 1 μm, mas em muitas aplicações (por exemplo, geração de altos harmônicos, tomografia de coerência óptica OCT na medicina), são necessários pulsos ultrarrápidos com alta energia e comprimento de onda ligeiramente mais longo. ). Fontes convencionais de pulsos ultrarrápidos com comprimento de onda sintonizáveis, amplificadores paramétricos ópticos (OPAs), convertem pulsos ultrarrápidos de 1 μm em frequência e permitem sintonia contínua de 1,3 a 4,5 μm, embora a faixa de 1,0-1,3 μm não possa ser alcançada sem frequências adicionais. Além disso, as ofertas públicas de aquisição são geralmente complexas e caras de construir.

Aqui apresentamos um método mais simples que pode gerar pulsos ultrarrápidos na região de 1-1,7 μm: um pulso de bomba de 1 μm é enviado ao longo de uma longa seção de canal cheia de nitrogênio em uma fibra para núcleo oco, o que resulta em uma mudança Raman extrema (extrema Raman red-shift) da luz. Uma vantagem adicional deste método é a redução do pulso de 200 fs para cerca de 20 fs.

Como isso é possível ?

(UMA)

(1) Compare este método com experimentos convencionais nos quais uma fibra de núcleo oco é normalmente preenchida com um gás monoatômico (por exemplo, argônio) para expandir simetricamente o espectro do laser e depois recomprimi-lo em um pulso curto.

(2) Nesta experiência, a equipa descobriu que utilizando, por exemplo, azoto, ainda era possível alargar o espectro, mas de uma forma assimétrica inesperada.

O feixe é ampliado para comprimentos de onda infravermelhos longos (IR), permitindo que o espectro de saída seja filtrado para reter a banda onde será aplicado. Desta forma, a energia é transmitida na faixa espectral do infravermelho próximo com um pulso três vezes mais curto (o que permite obter uma eficiência comparável à do OPA); e o mais importante, o processo não requer equipamentos complexos ou sistemas adicionais de pós-compressão de pulso.

(B) Outro experimento: a equipe usou uma fibra de núcleo oco preenchida com nitrogênio e, em vez de filtrar o espectro, comprimiu-o no tempo usando uma lente dispersiva capaz de ajustar a fase do pulso expandido. física de campo forte (attosegundo e física de campo forte)”.

(C) Esticando uma fibra de núcleo oco (HCF) e depois bombeando um pulso de 200 fs, 1,03 μm de um sistema de laser amplificado baseado em Yb. O dispositivo da TUWien utiliza uma fibra de 5,5 m de comprimento e 1 mm de diâmetro interno; O INRS utiliza uma fibra de 6 m de comprimento e 0,53 mm de diâmetro interno, além de espelhos chilreados de banda larga para comprimir os pulsos.

O grupo de Moscou, liderado por Aleksei ZhelTIkov, concentra-se no desenvolvimento de modelos teóricos para explicar esses fenômenos ópticos. Ao combinar essas três abordagens, os pesquisadores foram capazes não apenas de compreender completamente a complexa dinâmica subjacente, mas também de usar o nitrogênio para obter um desvio extremo para o vermelho e uma compressão de pulso eficaz na região infravermelha. compressão eficaz de pulsos na faixa infravermelha).

A equipe acredita que uma abordagem baseada em deslocamento Raman poderia muito bem atender à crescente demanda por fontes de luz ultrarrápidas de comprimento de onda mais longo para aplicações de laser e de campo forte, começando com sistemas mais baratos e sintonizáveis.

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