正常色散光纖中產(chǎn)生白光**連續(xù)譜使用原始多波長泵浦系統(tǒng)

時間：2022-09-19作者：深圳維爾克斯光電有限公司瀏覽：198

Leukos利用色散光纖產(chǎn)生了在400和700nm之間形成平坦且均勻的連續(xù)譜。在紅外范圍內(nèi)添加*二個泵實現(xiàn)了單模和真正的白色激光源。還獲得了在1064和1750nm之間的所有紅外范圍的寬光譜展寬。 如Leukos的SAMBA，ELECTRO IR，ELECTRO-VIS型號的**連續(xù)譜激光器。




Leukos發(fā)表的這篇文章的中文標題可以翻譯為：使用原始多波長泵浦系統(tǒng)在正常色散光纖中產(chǎn)生白光**連續(xù)譜。我們報告了在正常色散單模空氣-二氧化硅微結(jié)構(gòu)光纖中產(chǎn)生白光**連續(xù)譜的實驗演示。我們證明，使用被動調(diào)Q微芯片激光器的基波和二次諧波信號同時激發(fā)微結(jié)構(gòu)光纖在其正常和異常色散狀態(tài)下會導(dǎo)致可見光范圍內(nèi)的均勻**連續(xù)譜。這種泵浦方案允許抑制級聯(lián)拉曼效應(yīng)優(yōu)勢，有利于參數(shù)現(xiàn)象引起的有效光譜展寬。實現(xiàn)了從400到700nm的平坦**連續(xù)譜。

由于電信系統(tǒng)、時間分辨吸收、光譜學(xué)、光學(xué)計量學(xué)或生物醫(yī)學(xué)光學(xué)等巨大的潛在應(yīng)用，連續(xù)譜生成在過去40年中得到了廣泛的研究。它首先在塊狀硼硅酸鹽玻璃中得到證實，后來在包括液體波導(dǎo)和氣體在內(nèi)的各種非線性介質(zhì)中得到證實。微結(jié)構(gòu)光纖的進步和發(fā)展帶來了具有可控色散特性的新光纖系列。因此，零色散波長(ZDW)可以移向近紅外，并與各種納秒到飛秒高峰值功率激光器的工作波長相匹配，在-20dB水平上產(chǎn)生**過1000nm的寬帶連續(xù)譜。連續(xù)譜的產(chǎn)生是多種非線性現(xiàn)象的結(jié)果，例如受激拉曼散射(SRS)、自相位和交叉相位調(diào)制(SPM和XPM)、四波混頻(FWM)、高階孤子形成和通過模態(tài)相位的參量混頻在多模光纖的情況下匹配。根據(jù)泵浦波長和功率以及光纖的色散特性，所有這些效應(yīng)都直接影響連續(xù)譜均勻性并以不同的權(quán)重出現(xiàn)。通過在其ZDW附近或在強正色散狀態(tài)下泵浦單模光纖獲得寬帶連續(xù)波。

然而，從來沒有證明過具有大的正常色散的平坦連續(xù)譜生成。實際上，在這種情況下，級聯(lián)拉曼散射是主要效應(yīng)，并導(dǎo)致能量從泵向離散的下移頻率轉(zhuǎn)移。為了避免SRS在光纖中的影響，已經(jīng)提出了幾種機制。其中一種機制是基于涉及參量斯托克斯和反斯托克斯邊帶并抑制普通拉曼斯托克斯輻射生長的FWM過程。拉曼過程的控制也在高雙折射光纖中進行了研究，并通過線性偏振雙頻泵浦方案在參數(shù)抑制無效的強正色散狀態(tài)下進行了證明。

在本文中，我們報告了使用單模微結(jié)構(gòu)光纖(MOF)在可見光范圍內(nèi)獲得平坦和均勻連續(xù)譜的可能性，這些光纖(MOF)分別由被動Q-開關(guān)納秒脈沖激光器。雙激發(fā)可以顯著抑制級聯(lián)拉曼過程，有利于FWM和XPM，產(chǎn)生從近紫外到近紅外（350-750nm）的白光**連續(xù)譜源。




設(shè)置如圖1所示。泵浦源由一個被動Q開關(guān)Nd:YAG激光器組成，該激光器以5.4kHz的重復(fù)頻率運行，并在λ=1064nm處提供600ps脈沖。激光的自由空間輻射在20mm長的II型KTP晶體中倍頻，轉(zhuǎn)換效率**35%，在λ=532nm時產(chǎn)生420ps的脈沖。這些紅外和綠光輻射耦合到一個4m長的MOF中。兩個濾光片（名為“RG85”和“BG18”）用于在光纖的**端對可見光或紅外輻射進行完全過濾。

這些實驗中使用的MOF是在我們的實驗室中通過傳統(tǒng)的堆疊和繪制工藝制造的。纖維的截面掃描電子顯微鏡圖像如圖1所示。孔到孔的間距Λ約為2.2μm，導(dǎo)致芯直徑約等于2.8μm。平均孔徑d為1.5μm。得到的比率d/Λ等于0.68表明該光纖略微多模。事實上，在1064和532nm的泵浦波長處，我們觀察到了LP01和LP11模式的引導(dǎo)。*二種模式的抑制是通過將纖維纏繞在直徑約為1厘米的線軸上來實現(xiàn)的。



圖1.微結(jié)構(gòu)空氣-二氧化硅纖維的實驗裝置和橫截面掃描電子顯微鏡圖像。




圖2.計算得到的微結(jié)構(gòu)光纖基模的色散(a)和有效面積(b)與波長的關(guān)系。插圖：在λ=800nm處計算的橫向能量分布。




在**種情況下，IR輻射被過濾掉。在光纖輸出端測量的平均功率為3mW，在波導(dǎo)中傳播的綠色峰值功率接近1.5kW。由于532nm(-410ps/nm/km)處的強法向色散，拉曼散射是主要的非線性過程。實際上，通過級聯(lián)拉曼效應(yīng)產(chǎn)生多達七個拉曼級（圖3（a））。

我們現(xiàn)在考慮基波和二次諧波輻射在光纖*同傳播的情況。耦合透鏡的色差和光纖縱向微位移的實現(xiàn)允許耦合到光纖芯中的可見光/紅外功率比發(fā)生變化。對于1064nm處的足夠功率，我們觀察到非線性行為的完全修改，從而在532nm附近產(chǎn)生對稱且均勻的光譜展寬（圖3（b））。由于準抑制SRS效應(yīng)，這種新的連續(xù)譜顯示在350nm至750nm之間，光譜平坦度顯著提高。除了剩余的532nm峰值外，5dB帶寬經(jīng)測量接近300nm。




圖3.單(a)和雙(b)泵配置情況下正常色散狀態(tài)下的連續(xù)介質(zhì)生成。圖片：衍射光束。圖表：相應(yīng)記錄的功率譜。(a)級聯(lián)拉曼效應(yīng)在單個泵(532nm)存在下清晰可見。(b)當添加*二個泵(1064nm)時，光譜平滑且對稱地變寬。相應(yīng)的單模橫向能量分布顯示在插圖（遠場模式）中。




連續(xù)體可以分為兩部分。波長大于532nm的**個似乎是通過FWM、SPM、XPM和SRS的組合獲得的。特別是FWM和XPM因位于大反常色散區(qū)域(+55ps/nm/km)中的*二泵浦波長(1064nm)的存在而加劇。由于高參量增益，SRS現(xiàn)象顯著減少，允許連續(xù)和平坦的光譜展寬的增長。然而，一些殘余振蕩的存在證明拉曼效應(yīng)沒有被完全抑制，并且可能仍然有助于展寬。近紅外區(qū)域（~750nm）的**連續(xù)譜的極限直接取決于綠色和紅外泵浦功率。泵浦功率越高，**連續(xù)譜越寬。

在*二部分（從380nm到532nm），光譜分布特別平滑，沒有斷開或振蕩。波長增長似乎是由XPM和參數(shù)效應(yīng)的組合構(gòu)建的。實際上，似乎在1064nm和1750nm之間的紅外區(qū)域中獲得了光譜展寬（見圖4)在產(chǎn)生藍色/紫外線區(qū)域的波長方面發(fā)揮作用。此外，在這個波長范圍內(nèi)，預(yù)計SRS現(xiàn)象不會有任何貢獻，其中反斯托克斯波沒有接收到顯著的能量。藍色范圍內(nèi)的**連續(xù)譜的極限直接取決于紅外泵浦功率，并且似乎對綠色能量不太敏感。在380nm以下，只有兩個以355和365nm為中心的峰被識別出來，似乎是由紅外泵產(chǎn)生的三次諧波產(chǎn)生的。










圖4.在紅外范圍內(nèi)測量的連續(xù)譜功率譜（反常色散區(qū)）。




值得注意的是，非線性過程的變化取決于輸入IR泵浦功率以及1064nm和532nm泵浦波長之間的功率比Pω/P2ω。在我們的實驗中，當比率Pω/P2ω>2.8時，SRS現(xiàn)象的準完全抑制和頻譜輪廓的平滑尤其發(fā)生。對于較低的比率，殘留的拉曼峰在光譜輪廓中清晰可見，并且在350和532nm之間沒有觀察到明顯的光譜展寬（圖5）。無論如何，FWM和SRS現(xiàn)象之間的競爭似乎是對連續(xù)剖面演化的正確解釋。



圖5.使用532和1064nm泵浦時在可見光范圍內(nèi)獲得的連續(xù)譜功率譜，但Pω/P2ω比值不足。




1064nm泵浦的貢獻在紅外域中也可見（圖4）。我們觀察到光譜向高波長顯著展寬，達到所用光譜分析儀的上限（1750nm）。SRS和FWM的結(jié)合產(chǎn)生了平滑的頻譜輪廓。不幸的是，存在于MOF二氧化硅核內(nèi)的OH-鍵會在λ～1.4μm處引起顯著吸收，從而限制了該紅外連續(xù)譜在光學(xué)相干斷層掃描應(yīng)用中的可用帶寬。然而，當使用非火焰熔融石英玻璃制造MOF時，可以避免這個缺點，表現(xiàn)出低OH-吸收。在OH中獲得的IR光譜示例-我們實驗室制造的無-游離MOF如圖6所示，并成功地證實了使用足夠的二氧化硅材料的必要性。







圖6.在IRCOM用非火焰熔融石英玻璃制造的微結(jié)構(gòu)光纖中獲得的紅外連續(xù)譜功率譜。在1400nm處不再觀察到OH-吸收峰。




這篇文章是Leukos發(fā)表的，報道了使用原始多波長泵浦系統(tǒng)在正常色散光纖中產(chǎn)生白光**連續(xù)譜，文章名為Pierre-Alain Champert, Vincent Couderc, Philippe Leproux, Sébastien Février, Vincent Tombelaine, Laurent Labonté, Philippe Roy, Claude Froehly, and Philippe Nérin, "White-light supercontinuum generation in normally dispersive optical fiber using original multi-wavelength pumping system," Opt. Express 12, 4366-4371 (2004)

我們已經(jīng)使用具有532和1064nm輻射的雙泵浦方案在通常色散的空氣二氧化硅微結(jié)構(gòu)光纖中證明了**連續(xù)譜的產(chǎn)生。觀察到由于在正常和異常色散狀態(tài)下的同步激發(fā)導(dǎo)致的顯著且對稱的光譜展寬，導(dǎo)致在400和700nm之間形成平坦且均勻的連續(xù)譜。在紅外范圍內(nèi)添加*二個泵可以加劇四波混合過程并顯著抑制受激拉曼散射現(xiàn)象。因此，實現(xiàn)了單模和真正的白色激光源。還獲得了在1064和1750nm之間的所有紅外范圍（測量設(shè)備的上限）的寬光譜展寬。

這里提出的新泵浦方案適用于所有光纖，以便通過控制拉曼效應(yīng)來加寬和展平光譜連續(xù)譜。例如，可以在其零GVD波長（~1300nm）的兩側(cè)泵浦標準單模光纖，以在*二和*三通信窗口中產(chǎn)生**連續(xù)譜。此外，多波長泵浦可以擴展到由高效激光源產(chǎn)生的三個或四個同步輻射，以覆蓋石英光纖的整個透明窗口。

此外，我們較近在我們的實驗室制造了一種新的微結(jié)構(gòu)光纖，其良好的色散特性和低紫外吸收允許有效提高380nm以下的連續(xù)譜生成，從而產(chǎn)生至少350到532的準恒定功率水平nm（不破壞**過532nm的展寬）。這些結(jié)果將很快被提議發(fā)表。














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