Nyligen, Russell Center for Advanced Lightwave Science of Hangzhou Institute of Optics and Fine Mechanics, FN: s University of Science and Technology Hangzhou Institute for Advanced Studies, Shanghai Institute of Optics and Precision Mechanics of the Chinese Academy of Sciences and IfiBo (Ningbo) Optoelectronics Technology Co., LTD. Första gången uppnådde den högeffektiva, höga trovärdigheten och den höga ena lägenheten flexibel överföring av nästan watt-nivå, hundratals femtosekunder, 2,8 μm band i mitten av infraröda pulser i ihålig fotonisk kristallfiber (ihålig kärna PCF). Detta resultat ger inte bara en effektiv lösning på bristerna i Mid-Infrared Ultrafast Pulses in Transmission, utan lägger också grunden för utvidgningen av Mid-Infrared Laser Applications
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%.
Experimenterna jämförde också transmissionsschemat med den rumsliga optiska vägen med samma längd och den fluoridfiberfiberfiber. Resultaten visar att den olinjära effekten är för stark, vilket resulterar i tidsdomändelning av pulserna under överföring av ultrafast pulser i fluoridfibrer, vilket resulterar i tidsdomändelning av pulserna och en uppenbar spektral rödförskjutning, vilket verifierar de unika fördelarna med ihåliga fotoniska kristallfibrer i överföringen av högpekande kraft i mitten av infrasten. Experimentet uppnådde högeffektiv, hög trovärdighet och hög-slingrens renhet i mitten av infraröd laserflexibel transmissionsteknik, vilket lägger en bra grund för applicering av bredbands-mitt-infraröd ultrafasta ljuskällor i spektroskopi, infraröda motåtgärder och fjärravkänning.
De relevanta forskningsresultaten publicerades i Top Journal of Lasers and Optoelectronics, Optica, med titeln "Flexibel leverans av bredband, 100 fs mitten av infraröda pulser i vattenbsorptionsbandet med Hollow-Core fotonisk kristallfiber". Lin Wei, en gemensam doktorand vid Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics and University of Science and Technology of China Hangzhou Institute of Advanced Technology, och Li Zeqing, A Doctoral Student of Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Are the Co-First Authors, and Huang Jiapeng, Jiange Xin and Pang Meng Meng of the Russell Center Are the Co-Corr Respondes Authorers.
Figur 1. Experimentell installation och resultat. (a) Experimentell optisk väg. Lins, belagd CAF2 plano-konvex lins; HWP, halvvågplatta; QWP, kvartvågplatta; FM, Bend Mirror; FTIR, Fourier Transform Infrared Spectrometer; AC, autokorrelator. (b) SEM -bild av fiberstrukturen. (c) Förlustspektrum uppmätt med hjälp av trunkeringsmetoden, det skuggade området representerar mätningens osäkerhet (orange, vänster axel) och den beräknade dispersionskurvan (blå, höger axel). (d) Utgångseffekt genom en 5- meter lång ihålig pcf. (E) Med användning av 30 mm ZnSE och 5 mM GE-material uppnåddes en pulsutgång med en nästan transformationsbegränsad pulsbredd på 98 FS.
Figur 2. Jämförelse av olika transmissionslägen. (A) Normaliserat absorptionsspektrum av vattenånga. (B) Direkt laserutgång (grå) och transmissionsspektrum i den rumsliga optiska banan (lila), transmissionsspektrum av ihålig PCF i luft (grönt) och transmissionsspektrum av ihålig PCF i vakuum (röd). Den högra sidan visar det förstorade spektrumet i intervallet 2. 7-2. 8 μm. (c) Raman Soliton-generation i en fluoridfiber i fast kärna. FTIR -spektrumet är till vänster och autokorrelationspåret är till höger.
