中红外光纤及其应用详解
基于空心光纤的超快脉冲调谐变频
空心光纤有几种类型：带隙光纤、负曲率光纤和布拉格包层光纤。 无论哪种类型，制备过程都很复杂。 许多人也会质疑空心纤维的应用，认为它太重且不成熟。 然而，这项技术掩盖了新的物理现象，为许多实验提供了难得的环境。 今天，我们介绍基于光纤的超快脉冲可调频率转换。 使用充满氮气的拉制中空光纤，超快 1 μm 激光脉冲可以可调谐地转换为更长的波长和更短的脉冲时间。
在此概念图中，左侧的超快激光脉冲（蓝色）进入充满氮气（红色分子）的拉伸空心光纤，并在传播时获得光谱展宽，右侧的输出光束（橙色） 。 这种非线性现象是由于拉曼效应造成的，拉曼效应与激光场中气体分子的旋转有关。
镱光纤激光器可以产生中心波长约为1μm的超快脉冲，但在许多应用中（例如高谐波发生、医学中的OCT光学相干断层扫描），需要具有高能量和稍长波长的超快脉冲。 ）。 传统的波长可调谐超快脉冲源、光学参量放大器 (OPA) 将超快 1 μm 脉冲转换为频率，并允许在 1,3 至 4,5 μm 范围内连续调谐，尽管如果没有额外的频率就无法实现 1,0-1,3 μm 的范围。 此外，收购要约的构建通常很复杂且昂贵。
在这里，我们提出了一种更简单的方法，可以在 1-1,7 μm 区域产生超快脉冲：1 μm 泵浦脉冲沿着光纤中长的充氮通道部分发送到空心，这会导致极端拉曼位移（极端拉曼位移）。光的拉曼红移）。 该方法的另一个优点是将脉冲从 200 fs 减少到 20 fs 左右。
这怎么可能 ？
（A）
(1) 将此方法与传统实验进行比较，在传统实验中，空心光纤通常充满单原子气体（例如氩气）以对称地扩展激光光谱，然后将其重新压缩为短脉冲。
(2) 在这个实验中，研究小组发现，通过使用氮气等，仍然可以拓宽光谱，但以一种意想不到的不对称方式。
光束向长红外 (IR) 波长展宽，允许过滤输出光谱以保留要应用的波段。 这样，能量就以短三倍的脉冲在近红外光谱范围内传输（这使得可以获得与OPA相当的效率）； 最重要的是，该过程不需要复杂的设备或额外的脉冲后压缩系统。
(B) 另一个实验：研究小组使用充满氮气的空心光纤，并没有过滤光谱，而是使用能够调整扩展脉冲相位的色散透镜及时压缩光谱。 强场物理（阿秒和强场物理）”。
(C) 拉伸空心光纤 (HCF)，然后从放大的镱基激光系统泵浦 200 fs、1,03 μm 脉冲。 TUWien的装置使用长5,5m、内径1mm的光纤； INRS 使用长 6 m、内径 0,53 mm 的光纤以及宽带啁啾镜来压缩脉冲。
由阿列克谢·热尔蒂科夫（Aleksei ZhelTIkov）领导的莫斯科小组专注于开发理论模型来解释这些光学现象。 通过结合这三种方法，研究人员不仅能够充分理解复杂的基础动力学，而且能够利用氮气在红外区域实现极端红移和有效的脉冲压缩。 有效压缩红外范围内的脉冲）。
该团队认为，基于拉曼位移的方法可以很好地满足激光和强场应用对更长波长超快光源不断增长的需求，从更便宜、可调谐的系统开始，满足工业质量。
