خرق الألياف البصرية الأساسية ، تم توسيع تطبيق ليزر منتصف الأشعة تحت الحمراء

في الآونة الأخيرة ، كان مركز راسل لعلوم الضوء المتقدم لعلوم الخفيفة في معهد هانغتشو للبصريات والميكانيكا الدقيقة ، معهد الأمم المتحدة للعلوم والتكنولوجيا هانفتشو للدراسات المتقدمة ، معهد شانغهاي للبصريات وميكانيكا الدقة في الأكاديمية الصينية ، و {1} في المجلة الدولية العليا البصرية "Optica" ، ولأول مرة حققت النقل العالي الكفاءة والرائعة والنقاء المرنة ذات النماذج المفردة من المستوى القريب من المستوى ، مئات من الفمتوزينية ، 2 . 8 ميكرومتر نطاقات متوسطة الولادة في متوسطة الأوتار. لا توفر هذه النتيجة حلًا فعالًا فقط لأوجه القصور في نبضات متوسطة الحجم متطورة في الإرسال ، ولكنها تضع أيضًا أساسًا لتوسيع تطبيقات الليزر في منتصف الأشعة تحت الحمراء

High-power mid-infrared ultrafast broadband light sources have important applications in advanced spectroscopy, material fine processing, medical surgery, and remote sensing. The limitations of laser transmission have hindered the further expansion of mid-infrared laser applications. In traditional transmission methods, the absorption of various gas molecules in the spatial optical path causes deformation of the output light spot and deterioration of pulse quality. Solid mid-infrared optical fiber has serious nonlinear accumulation, which causes serious distortion of the output time-frequency signal. To solve this problem, the research team used a self-made single-hole eight-ring structure Hollow-core PCF (length 5 m) to transmit mid-infrared ultrafast pulses. Thanks to the advantages of low transmission loss, low nonlinear effect accumulation and support for rapid vacuum extraction of Hollow-core PCF, the team not only solved the problems caused by traditional transmission methods, but also successfully achieved efficient transmission with an overall efficiency of >70%.

During the experiment, the experimenters used a self-built mid-infrared pulse fiber laser as the light source and a 5 m long Hollow-core PCF as the transmission medium. The two ends of the Hollow-core PCF were fixed in the air chamber so that the Hollow-core PCF could be evacuated using a vacuum pump. After the vacuum was drawn (the entire extraction process took less than 1 minute, and the gas pressure was drawn to ~10 mbar), the team successfully achieved an overall laser efficiency of > 70%, a Gaussian spot output that was close to the diffraction limit, and the entire system showed excellent stability. In addition, the spectral shape of the output in the frequency domain was basically consistent with the input. In the time domain, due to the small amount of waveguide dispersion of the hollow-core PCF (-2.04 fs2/mm @ 2.8 μm), the pulse width was widened from the input 117 fs to 404 fs. Subsequently, the experimenters added Ge and ZnSe positive dispersion materials to compensate for the negative dispersion introduced by the hollow-core PCF, coupling lens and air chamber window, and obtained an output with a pulse width of 98 fs (close to the transformation limit pulse width of 96 fs), with a peak power of 170 kW. In addition, the experimenters also used the autocorrelation trace to estimate that the output fundamental mode energy accounted for >95%.

قارن المجربون أيضًا مخطط الإرسال بالمسار البصري المكاني من نفس الطول وألياف الفلوريد الصلبة . أظهرت النتائج أنه أثناء انتقال النبضات الفائقة في الألياف الفلورايد الصلبة ، يكون التأثير غير الخطوي قويًا للغاية ، مما يؤدي ألياف بلورية ضوئية في نقل النبضات الفائقة من طاقة متوسطة الأشرطة في منتصف الذروة ، حققت التجربة عالية الكفاءة ، وذات الدقة العالية ، وتكنولوجيا الإضاءة المرنة بالليزر المتوسطة في منتصف الأشعة تحت الحمراء ، وتطبيق مصادر الإضاءة المتوسطة المتوسطة في الأضواء المتوسطة ، الاستشعار .

نُشرت نتائج البحث ذات الصلة في المجلة العليا للليزر والإلكترونية البصرية ، Optica ، مع عنوان "التسليم المرن للنطاق العريض ، 100 نبضات متوسطة الأشعة تحت الحمراء في فرقة امتصاص المياه باستخدام ألياف الكريستال الفوتوغرافية المتوسطة والتكوئيات من علماء العلوم والتكنولوجيا من . Lin Wei التكنولوجيا المتقدمة ، ولي زيتشينغ ، طالبة الدكتوراه في معهد شنغهاي للبصريات والميكانيكا الدقيقة ، هي المؤلفين المشاركين ، وهوانغ جايبينغ وجيانغ شين وبانج منغ من مركز راسل من المؤلفين المشاركين المقابلين.

الشكل 1. الإعداد التجريبي والنتائج . (أ) العدسة البصرية التجريبية . ، عدسة Caf2 plano-convex ؛ HWP ، لوحة نصف الموجة ؛ QWP ، لوحة ربع الموجة ؛ FM ، Bend Mirror ؛ FTIR ، فورييه تحويل الطيف الأشعة تحت الحمراء. AC ، Autocorrelator . (b) صورة SEM لهيكل الألياف . (c) تم قياس طيف الخسارة باستخدام طريقة الاقتطاع ، والمنطقة المظللة تمثل عدم اليقين في القياس (Orange ، محور يسار) ، ومحسب التشتت المحسوبة (الأزرق ، المحور الأيمن).} Hollow-Core PCF . (e) باستخدام مواد ZnSe 30 مم و 5 ملم GE ، تم تحقيق إخراج النبض مع عرض نبض محول شبه محول يبلغ 98 FS .

الشكل 2. مقارنة بين أوضاع الإرسال المختلفة . (a) طيف الامتصاص الطبيعي لبخار الماء . (b) إخراج الليزر المباشر (رمادي) وطيف النقل في المسار البصري (الأطواق الأرجواني) ، النقل من pCf-pCf في الهواء (Green) ، و tranship-corn (أحمر) . يوضح الجانب الأيمن الطيف الموسع في نطاق 2.7-2.8 μm . (c) Raman soliton generation في fiber-core الصلبة {{9}