CC BY
24ГЕНЕРАЦИЯ СУПЕРКОНТИНУУМА В ХАЛЬКОГЕНИДНЫХ МИКРОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ВОЛОКНАХ ПРИ НАКАЧКЕ
Cr2+:ZnSe ЛАЗЕРОМ
1* 2 3 3 3
Леонов С.О. , Ванг Ю. , Ширяев В.С. , Снопатин Г.Е. , Степанов Б.С. , Плотниченко В.Г.4, Карасик В.Е.1, Гальцерано Д.2
1 Научно-образовательный центр «Фотоника и ИК техника», МГТУ им. Н.Э. Баумана, г. Москва 2 Миланский технический университет, г. Милан 3Институт химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых РАН, г. Нижний Новгород 4Научный центр волоконной оптики РАН, г. Москва * E-mail: leonov.st@ya.ru
DOI 10.24411/2308-6920-2019-16110
Введение
На сегодняшний день наблюдается интенсивное развитие широкополосных источников в среднем ИК-диапазоне, что объясняется наличием в этом спектральном диапазоне линий поглощения различных органических молекул [1, 2]. Сейчас исследуются несколько конфигураций устройств для получения суперконтинуума в среднем ИК-диапазоне - с использованием нелинейного волокна [3] или специального волновода [4]. Для генерации суперконтинуума в среднем ИК-диапазоне необходимо использовать материалы, прозрачные в диапазоне 1 - 10 мкм, и обладающие необходимыми параметрами по дисперсии (D), нелинейности (у) и эффективной площади моды (Лед). В качестве материала для изготовления волокна наиболее перспективным представляется использование «мягких» стекол, таких как халькогенидные, фторидные и теллуритные стекла [5].
В данной работе представлены экспериментальные результаты по генерации суперконтинуума в тейпированных микроструктурированных волокнах с подвешенной сердцевиной из As39Se61 при накачке импульсами от Cr2+:ZnSe лазера длительностью 35 фс, частотой повторения 170 МГц и средней мощностью до 100 мВт на длине волны 2,4 мкм.
Экспериментальные результаты
Экспериментальная установка состоит из источника фемтосекундных импульсов на основе кристалла Cr2+:ZnSe, изолятора, системы для управления дисперсией излучения накачки, тестируемого волокна и оптического анализатора спектра (рис. 1). В качестве тестируемого волокна использовались тейпированные микроструктурированные световоды с подвешенной сердцевиной из As39Se61 с длиной тейпера 10 мм и диаметром сердцевины 1,7 мкм. На рисунке 2а приведены результаты измерения дисперсии участка волокна без тейпера с диаметром сердцевины 10 мкм.
система компенсации дисперсии
Фемтосекундный
изолятор --------- CrrZnSe
лазер
о&ьектив ввода
исследуемое волокно
>
■ ■
коллиматор
А
оптическии анализатор спектра
Рис. 1. Схема установки для генерации суперконтинуума в тейпированном микроструктурированном
волокне
Излучение на выходе исследуемого волокна коллимировалось линзой СаР2 без просветляющего покрытия и направлялось на оптический анализатор спектра. Исходный спектр лазера и спектр генерации суперконтинуума при мощности накачки 95 мВт представлен на рисунке 2б. Мощность излучения на выходе волокна в этом случае была равна 35 мВт, что соответствует эффективности ввода 59% с учетом коэффициента отражения Френеля от двух торцов волокна.
220
№6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019» www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru
о-
-200
-400
-600
| -800 О
® -1000 и
d -1200 -1400
5 X
ъ
с
-1600
— ....
/ 7 г ....
У/ // II |/ Щ ■
// // ll L-4
1С fc-
:< 1
1 ■ I 1 ...
- —теория - - измерения
--'-1 1-1-1 i—■—i i—i— i—■—i -
—1—1—1—i—'—1—1—1
10° ■
9 ю-1
I
5
10
ю-3
10
IT -Лазер -Суперконтинуум
j r V
i ' i 1 i 1 i 1
1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 Длина волны, мкм а)
1500 2000 2500 3000 Длина волны (нм) б)
3500
4000
Рис. 2. а) Зависимость дисперсии для волокна в области вне тейпера (диаметр сердцевины 10мкм). б) Спектр лазера и спектр генерации суперконтинуума на выходе тейпированного волокна
Полученный спектр генерации суперконтинуума имеет ширину от 1,45 до 3,15 мкм по уровню -20дБ, при этом длинноволновая часть спектра доходит до 3,6 мкм по уровню -30 дБ. На данный момент одним из ограничивающих факторов дальнейшего увеличения ширины спектра генерации суперконтиннума является разрушение сердцевины волокна при подаче мощности лазерного излучения более 100 мВт.
Заключение
В работе продемонстрирована генерация суперконтинуума средней мощностью 35 мВт в тейпированном микроструктурированном волокне с подвешенной сердцевиной при накачке фемтосекундными импульсами Cr2+:ZnSe лазера длительностью 35 фс, частотой повторения 170 МГц и средней мощностью до 100 мВт на длине волны 2,4 мкм. Ширина спектра полученного суперконтинуума находится в диапазоне от 1,45 мкм до 3,15 мкм по уровню -20дБ. Дальнейшее увеличение ширины спектра генерации суперконтинуума за счет увеличения входной мощности в данной конфигурации не представляется возможным, так как происходит разрушение сердцевины волокна при подаче мощности накачки более 100 мВт, что может быть связанно с эффектами трехфотонного поглощения для As3gSe61.
Благодарность
Данное исследование финансировалось РФФИ согласно исследовательскому проекту № 17-08-
004g5.
Литература
1. Dai, S, et al, Applied Sciences, 8(5), 707 (2018)
2. Marandi A., et al, Optics express 20(22), 24218-24225 (2012)
3. Shaw L. B, et al., International Society for Optics and Photonics 79140P-79140P-5 (2011)
4. Gai X., et al, Optics letters 37(18), 3870-3872 (2012)
5. Shiryaev V. S., et al, J. Optoelectron. Adv. M. 16(9), 1020-1025 (2014)
№6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019» www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru
221
