CC BY
19DOI 10.24412/2308-6920-2021-6-92-93
ГЕНЕРАЦИЯ РАМАНОВСКИХ СОЛИТОНОВ ВО ФЛЮОРИДНЫХ СВЕТОВОДАХ ПРИ НАКАЧКЕ ФЕМТОСЕКУНДНЫМИ ИМПУЛЬСАМИ НА ДЛИНЕ ВОЛНЫ 1,9 МКМ
1 * 1 1 1 1 Батов Д.Т. , Воропаев В.С. , Салалыкин С.В. , Власов Д.С. , Воронец А.И. ,
Лазарев В.А.1, Тарабрин М.К.1,2, Карасик В.Е.1
1МГТУ им. Н.Э. Баумана, г. Москва 2Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН, г. Москва E-mail: daniilbatov@gmail. com
Перестраиваемые источники излучения в среднем ИК-диапазоне имеют широкий спектр потенциальных применений [1-3] в науке, технике и медицине, например, в спектроскопии, для мониторинга газов окружающей среды, для обнаружения биомаркеров заболеваний в выдыхаемом человеком воздухе. Во флюоридных световодах возможно создание аномальной дисперсии групповых скоростей (ДГС) в диапазоне более 1,6 мкм, что делает их подходящими для генерации рамановских солитонов в среднем ИК-диапазоне, а низкие потери в диапазоне от 1 до 5 мкм позволяют осуществить широкую перестройку центральной длины волны солитона [4]. В настоящее время генерация рамановских солитонов в флюоридных световодах активно изучается [5,6]. Осуществлена генерация рамановских солитонов в диапазоне 2-4,3 мкм [7]. Однако, особый интерес представляют исследования генерации рамановских солитонов в полностью волоконной реализации. В данной работе для накачки флюоридных световодов используется полностью волоконный тулиевый усилитель мощности задающего генератора фемтосекундных импульсов [8,9]. Центральная длина волны источника составляет 1,9 мкм, длительность импульсов на полувысоте 71 фс, при этом пиковая мощность оценивается в 134 кВт для горизонтальной поляризации на основе измерений формы импульса методом FROG и численного моделирования. Средняя мощность на выходе усилителя составляет 600 мВт. В работе используются волоконные световоды P3 - 23Z - FC - 5 - ZrF4 и P3-32F-FC-1- InF3 (Thorlabs Inc., США) [10], длины которых равны 5 и 1 м, соответственно. Диаметры сердцевины флюоридных световодов составляют 9 мкм. Потери при распространении составляют менее 0,2 дБ/м в диапазоне 2-3,75 мкм для фтороцирконатного и менее 0,5 дБ/м в диапазоне 2-4,5 мкм для фториндиевого световодов. Длина волны нулевой дисперсии фторцирконатного световода составляет 1,63 мкм, фториндиевого - 1,71 мкм. Длина волны отсечки фторцирконатного световода составляет 2,3 мкм, фториндиевого - 3,2 мкм, и, поэтому, на длине волны накачки световоды являются многомодовыми. Мощность на выходе флюоридных световодов во всех экспериментах составляет около 300 мВт.
На рисунках 1 (а,б,в) показаны спектры излучения на выходе флюоридных световодов при вводе излучения в световоды с помощью линзовой системы. При накачке фторцирканатного световода максимальная центральная длина волны рамановского солитона равна 2,63 мкм, фториндиевого -2,27 мкм, в комбинации фторцирканатного световода и затем фториндиевого, соединенными через оптическую розетку - 2,656 мкм. Небольшая длина волны рамановского солитона во фториндиевом световоде связана с низкой эффективностью ввода в основную моду.
На рисунках 1 (г,д,е) показаны спектры излучения на выходе флюоридных световодов при вводе излучения лазера в световоды через оптическую розетку FC/APC, данный метод является более простым по сравнению с линзовым вводом, но страдает эффективность ввода излучения в фундаментальную моду. В этом случае ввода при накачке фторцирканатного световода максимальная центральная длина волны рамановского солитона равна 2,54 мкм, фториндиевого - 2,36 мкм, в комбинации фторцирканатного световода и затем фториндиевого, соединенными через оптическую розетку - 2,54 мкм. Изрезанность спектра на рисунке 1 в области 2,6 мкм обусловлена линиями поглощения водяных паров.
В волоконных световодах поддерживаются распространение нескольких мод на длине волны накачки. На рисунке 1 справа от каждого спектра показано, что при использовании полосового фильтра от 2 до 2,5 мкм излучение для фторцирканатного световода становится одномодовым, в то время как фториндиевый световод поддерживает распространение моды более высокого порядка.
92 №6 2021 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2021» [email protected]
Рисунок 1. ^ектрыг излучения на выходе флюоридных световодов (а,б,в) в схеме с коллиматорами, (г,д,е) в полностью волоконной схеме. Вставки рядом со спектрами показывают распределения
полей мод на выходе световодов
Таким образом, максимальная центральная длина волны солитона в данном исследовании составляет 2,656 мкм в комбинации фторцирконатного и фториндиевого световодов. В случае ввода через оптическую розетку FC/APC - 2,54 мкм также в комбинации световодов. При изменении мощности, введенной в фундаментальную моду световода, можно перестраивать центральную длину волны рамановского солитона. Разработанная в данном исследовании система уже может применяться для исследования и обнаружения газов, пики поглощения которых находятся в среднем ИК-диапазоне, например, углекислый газ, метан и др.
Батов Д.Т. и Воронец А.И. выражает благодарность Фонду поддержки молодых ученых имени Геннадия Комиссарова за оказание финансовой помощи в закупке оптических и оптико-механических компонентов.
Литература
1. Dudley J.M., Genty G., Coen S, Rev. Mod. Phys. 78, 1135-1184 (2006)
2. Donodin A. et al, Laser Physics, Photonic Technologies, and Molecular Modeling, 1106603 (2019)
3. Charles W.Rudy, Michel J.F. Digonnet, Robert L. Byer, Opt. Fiber Technol. 20, 642-649 (2014)
4. Salem R. et al., Optics Express. 23, 30592-30602 2015
5. Duval S. et al., Optics letters. 41, 5294-5297 (2016)
6. Li Z. et al., AIP Advances. 8, 115001 (2018)
7. Tang Y. et al., Optica 3, 948-951 (2016)
8. Voropaev V.S. et al, Laser Science, LW7G. 2 (2020)
9. Donodin A. et al., Scientific Reports, 10, 1-9 (2020)
10. https://www. thorlabs. de/newgrouppage9. cfm ?objectgroup id= 7999
№6 2021 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2021» [email protected]
93
