Recentemente, o Centro Russell para o Instituto de Ótantes e Mecânica Fine Mechanics, da Universidade de Ciência e Tecnologia das Nações Unidas para Estudos Avançados da Universidade das Nações Unidas, o Instituto de Optics e a Mecânica Optática da Sciências Optics e a Tecnologia da Tecnologia da Tecnologia da Sciências Opto -Ifibo (Ningbo), a Tecnologia da Tecnologia da Tecnologia da Tecnologia. Pela primeira vez alcançou a transmissão flexível de alta eficiência, alta fidelidade e alta pureza de um único modo de centenas de femtossegundos, pulsos de 2,8 μm de infravermelho médio em fibra de cristal de cristal fotônico de núcleo (PCF de núcleo oco). Esse resultado não apenas fornece uma solução eficaz para as deficiências de pulsos ultra-rápidos de infravermelho médio na transmissão, mas também estabelece as bases para a expansão de aplicações a laser de infravermelho médio
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%.
Os experimentadores também compararam o esquema de transmissão com o caminho óptico espacial do mesmo comprimento e a fibra de fluoreto de núcleo sólido. Os resultados mostram que, durante a transmissão de pulsos ultra-rápidos em fibras de fluoreto de núcleo sólido, o efeito não-linear é muito forte, resultando na divisão do domínio do tempo dos pulsos e um óbvio desvio para o vermelho, o que verifica as vantagens exclusivas de fibras de cristal fotônicas de coro oco. O experimento alcançou a tecnologia de transmissão flexível de alta eficiência, alta fidelidade e alta pureza, estabelecendo uma boa base para a aplicação de fontes de luz ultra-rápida de infravermelho médio de banda larga em espectroscopia, contramedidas infravermelhas e sensoriamento remoto.
Os resultados da pesquisa relevante foram publicados no Top Journal of Lasers and Optoeletronics, Optica, com o título "Entrega flexível de banda larga, 100 pulsos de infravermelho médio fs na banda de absorção de água usando fibra de cristal fotônica de núcleo fotônico". Lin Wei, um estudante de doutorado conjunto do Instituto de Optics e Mecânica Fina e da Universidade de Ciência e Tecnologia da China Hangzhou Institute of Advanced Technology, e Li Zeqing, um estudante de doutorado do Shanghai Institute of Optics e Fine Mechanics, são os autores e o Huang Jiaporn, Jiang Xin, e os autores do Huang Centrong.
Figura 1. Configuração e resultados experimentais. (a) Caminho óptico experimental. Lente, lente plana-convexa CAF2 revestida; HWP, placa de meia onda; QWP, placa de quarto de onda; Fm, espelho de dobra; FTIR, espectrômetro infravermelho de transformação de Fourier; AC, Autocorrelator. (b) Imagem SEM da estrutura da fibra. (c) Espectro de perda medido usando o método de truncamento, a área sombreada representa a incerteza de medição (laranja, eixo esquerdo) e a curva de dispersão calculada (eixo azul, direito). (d) Power de saída através de um 5- metro de comprimento PCF de núcleo oco. (e) Utilizando ZNSE 30 mm e materiais GE 5 mM, foi alcançada uma saída de pulso com uma largura de pulso limitada por quase transformação de 98 fs.
Figura 2. Comparação de diferentes modos de transmissão. (a) Espectro de absorção normalizado de vapor de água. (b) Saída direta do laser (cinza) e espectro de transmissão no caminho óptico espacial (roxo), espectro de transmissão de PCF de núcleo oco no ar (verde) e espectro de transmissão de PCF de núcleo oco no vácuo (vermelho). O lado direito mostra o espectro aumentado na faixa de 2. 7-2. 8 μm. (c) Geração de Soliton Raman em uma fibra de fluoreto de núcleo sólido. O espectro FTIR está à esquerda e o rastreamento da autocorrelação está à direita.
