Главная / Библиотека / Генерация суперконтинуума в волокне CorActive

Генерация суперконтинуума в волокне Coractive

Генерация суперконтинуума в волокне CorActive

Введение

Источники излучения среднего ИК диапазона долгое время являются предметом интереса многих ученых. Это обусловлено обширным потенциалом применения этих источников в области молекулярных исследований. Один из видов источников ИК волн – суперконтинуум лазеры, сочетающие яркость волоконных лазеров со сверхшироким спектральным диапазоном излучения черного тела.

Источники суперконтинуума (СК) удобно классифицировать:

  • по выходным характеристикам (средней выходной мощности, спектральной ширине полосы и степени когерентности),
  • по источнику накачки (оптический параметрический генератор/усилитель или накачка на основе волокна),
  • по типу волновода (оптоволокно со ступенчатым индексом и низкой числовой апертурой, со ступенчатым индексом и высокой числовой апертурой, микроструктурированное оптическое волокно)
  • по нелинейному материалу (оксидные, фторидные или халькогенидные стекла).

Самыми распространенными стеклами, применяемыми для генерации СК, являются силикатные и фторидные стекла.

Халькогенидные стекла – единственный нелинейный материал, позволяющий расширить спектр суперконтинуума за пределы 5.5 мкм в метровом оптоволокне. Нелинейный показатель преломления стекла AsSe примерно в 600 раз выше, чем у стекол на основе диоксида кремния. Недавние исследования показали, что халькогенидные стекла пригодны для генерации СК при выходной мощности на уровне ватта.

Современный подход к получению сверхширокого спектра среднего ИК диапазона основан на накачке оптоволокна (напр., HNASIF ChG длиной до 15 см) оптическим параметрическим осциллятором или усилителем. Самый широкий спектр суперконтинуума, который удалось получить, простирается от 2 мкм до 15.1 мкм. Однако результат демонстировал очень низкую выходную мощность (на уровне микроватта) из-за невысокой собственной частоты повторения источника накачки. И, конечно, громоздкие установки с оптическим параметрическим осциллятором или усилителем не подходят для практического применения. Следовательно, существует необходимость в разработке более эффективных стратегий обеспечения высокой мощности источников с сохранением компактности.

В работе описан эксперимент по генерации суперконтинуума среднего ИК диапазона (3 – 8 мкм) в волокне CorActive IRT-SE-18/170. Наилучшие характеристики спектра были получены при использовании волокна длиной 3.5 м: средняя выходная мощность излучения составила 1.5 мВт.

Эксперимент

1

Рисунок 1. Схема экспериментальной установки

В волоконном усилителе совместно распространяются как затравочное излучение (2.8 мкм, 400 пс, 2 кГц), так и излучение накачки (980 нм, непрерывное). Длина усилителя 5.5 м использовалась для генерации в нем суперконтинуума. Выходной сигнал усилителя в диапазоне от 2.6 мкм до 4.2 мкм был пропущен через длинноволновый фильтр с длиной волны среза 3 мкм. Фильтрация предотвращает повреждение наконечника волокна, а также паразитную генерацию непрерывного излучения от усилителя.

Фильтр помещался между парой асферических линз (ZnSe) с антибликовым покрытием 3 – 5 мкм. Каждая линза имела фокусное расстояние 12.7 мм. Линзы приводили к энергетическим потерям порядка 3% из-за поглощения и остаточного отражения покрытия. Фильтр приводил к потере 15% энергии на пропускание.

Отфильтрованный спектр вводился в нелегированное одномодовое волокно с измеренной эффективностью 55%. Это волокно использовалось в качестве фильтра пространственных частот для получения одномодового выходного луча с низкой числовой апертурой (0.12). Сплав индия-галлия был нанесен на оба конца AsSe волокна для удаления мод оболочки.

2

Рисунок 2. Сколотая грань наконечника волокна вместе с кривыми затухания и дисперсии

На рис. 2 показана сколотая грань наконечника волокна вместе с кривыми затухания и дисперсии. Потери при распространении в волокне измеряли с помощью инфракрасной спектроскопической системы с преобразованием Фурье (Hamilton Sundstrand, Analect Diamond 20), которая освещается нагретой нитью.

Волокно продемонстрировало низкие фоновые потери от 2 мкм до 7 мкм (с минимальными потерями 0.1 дБ/м при 4.1 мкм). Был проведен многоэтапный процесс очистки для снижения пиков поглощения OH и SeH ниже 0.5 дБ/м при 2.9 мкм и 4.6 мкм соответственно. Для сравнения, многомодовое волокно AsSe SIF (CorActive IRT-SE100/170), изготовленное с теми же стеклами, демонстрирует пропускную способность до 9 мкм (при 1 дБ/м).

В измерительную установку входит термодатчик (Gentec EO, XLP12-3S-H2) для записи средней выходной мощности каждого спектра. Выходные спектры измеряли с помощью спектрометра, состоящего из монохроматора (Digikrom, DK480) и детектора с ртутно-кадмиевым теллуридом, охлаждаемого жидким азотом (Judson, J15D12-M204-S01M-60), обеспечивающего измерение длин волн в области 2.5 – 12 мкм.

Система была откалибрована путем сравнения измеренного излучения (OceanOptics, CoolRed) с соответствующей теоретической кривой. Набор высокочастотных фильтров использовался во избежание перекрытия низких частот высокими дифракционными порядками монохроматора. Для всех измерений разрешение системы контроля спектра было установлено на 10 нм.

Результаты

Как и ожидалось, общая выходная мощность увеличилась с увеличением мощности накачки, а выходной спектр асимметрично расширился в направлении более длинных волн. Действительно, край многофононного поглощения в нелегированном волокне ZFG расположен вблизи 4.2 мкм, что ограничивает дальнейшее уширение спектра источника СК. Следовательно, дальнейшее увеличение мощности накачки практически не влияет на СК усилителя. (см. рис. 3).

3

Рисунок 3. Смещение выходного спектра в нелегированном волокне ZFG (соответствующие пусковые мощности накачки указаны в скобках, спектральное разрешение было установлено на 10 нм)

На коротких волнах (около 3 мкм) СК ограничен длинноволновым фильтром. Без этого фильтра спектр распространяется от 2.6 мкм до 4.2 мкм с максимальной выходной мощностью 27.2 мВт (при мощности накачки 0.82 Вт).

На рисунках 4 и 5 показано влияние длины волокна на выходной спектр и среднюю мощность при мощности накачки 0.82 Вт. Поскольку волокно имеет нормальную дисперсию при излучении до 8.9 мкм, спектр расширяется в основном за счет фазовой модуляции.

4

Рисунок 4. Смещение выходного спектра суперконтинуума, генерируемого в волокне разной длины при мощности накачки 0.82 Вт (соответствующее средние выходные мощности указаны в скобках)

5

Рисунок 5. Соотношение выходной/входной мощности в зависимости от длины волокна

Выводы

В отличие от источников СК, работающих в режиме аномальной дисперсии, спектры, измеренные в этом эксперименте, имеют гораздо более плавную форму. Хотя асимметрия спектров в направлении более длинных волн не до конца понятна, можно предположить, что эта картина – результат внутриимпульсного комбинационного рассеяния, которое объяснило бы и красное смещение суперконтинуума в более длинных волокнах.

На рисунке 5 представлено отношение выходной и входной мощности к длине волокна ChG. Эти результаты показывают, что общая выходная мощность значительно уменьшается при распространении на первых 9-ти метрах. Это объясняется резким увеличением потерь при распространении в оптоволокне, когда спектр выходит за пределы 6 мкм.

Оптимальная длина волокна 3.5 м оценена как наилучшая благодаря высоким характеристикам средней мощности. При больших длинах возрастают фоновые потери и уменьшают общую плотность мощности СК, как обсуждалось выше. Выполнив некоторые усовершенствования этой установки для генерации СК среднего ИК диапазона, можно достичь мощности уровня нескольких ватт и охватить область шириной до 12 мкм.

©Opt. Lett. 41, 20 (2016) 4605

 

Компания INSCIENCE помогает своим заказчикам решать любые вопросы и потребности по продукции CorActive на территории РФ

Теги волоконный лазер суперконтинуумный лазер coractive
Новые статьи
Генерация векторных и вихревых пучков путем акустического возбуждения оптического волокна

В последние годы структурированные лазерные пучки привлекают все большее внимание. На сегодняшний день существует ряд методов для генерация подобных пучков в свободном пространстве, а также с использованием оптического волокна...

Измерение спектров солнечного света LightMachinery

За последние несколько лет LightMachinery представила новую серию спектрометров с перекрестной дисперсией. Устройства охватывают спектральный диапазон от 270 нм до 1675 нм, отдельные модели обладают рекордным разрешением 0.5 пм.

Генерация суперконтинуума в волокне CorActive

Источники излучения среднего ИК диапазона долгое время являются предметом интереса многих ученых. Это обусловлено обширным потенциалом применения этих источников в области молекулярных исследований. Один из видов источников ИК волн – суперконтинуум лазеры, сочетающие яркость волоконных лазеров со сверхшироким спектральным диапазоном излучения черного тела.

Как измерить мощность высокомощного лазера?

В процессе работы лазера во многих приложениях зачастую требуется контроль энергетических параметров излучения. Компания Thorlabs предлагает универсальный измеритель мощности лазерного излучения S322C на основе термодатчика, способный регистрировать сигналы мощностью от 100 мВт до 200 Вт в широком диапазоне длин волн от 250 нм до 11 мкм...

Компоненты фемтосекундных лазеров

Короткоимпульсные лазеры используются в приложении к различным методам спектроскопии, (в частности, времяразрешенной), точной обработки материалов. Современные разработки в этой области направлены на создание лазеров с высокой выходной мощностью.

Оптические столы в приложениях с высоким уровнем вибраций

Важной частью каждой оптической лаборатории является оптический стол. Оптический стол должен обладать достаточной жесткостью, амортизацией, плоскостностью, чистотой поверхности, равномерным коэффициентом теплового расширения. На оптической плите располагаются тщательно выверенные массивы резьбовых отверстий. Но самой важной характеристикой является то, что они обеспечивают высокую стабильность оптической системы.

У Вас особенный запрос?
У Вас особенный запрос?
Весьма часто наши заказчики лучше нас знают, какое оборудование им нужно. В этом случае мы берём на себя общение с производителем, доставку и таможенную очистку, а также все вопросы гарантийного периода. Пожалуйста, заполните эту форму, и мы свяжемся с Вами, чтобы помочь решить любую Вашу задачу. Или позвоните нам по телефону +7(495)199-0-199
Форма заявки
Ваше имя: *
Ваше имя
Ваш e-mail: *
Ваш телефон: *
Ваш телефон
Наши
контакты
г. Москва, ул. Бутлерова, д. 17Б, офис 502

г. Санкт-Петербург, Коломяжский проспект, 33 корпус 2