ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕНЕРАЦИИ УЗКОПОЛОСНЫХ СВЕРХКОРОТКИХ ИМПУЛЬСОВ В РАЗЛИЧНЫХ ВОЛОКОННЫХ СХЕМАХ Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

ВКВО-202 3 СТЕНДОВЫЕ

ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕНЕРАЦИИ УЗКОПОЛОСНЫХ СВЕРХКОРОТКИХ ИМПУЛЬСОВ В РАЗЛИЧНЫХ ВОЛОКОННЫХ СХЕМАХ

Ефремов В.Д. 1*, Харенко Д.С.1,2

1 Институт автоматики и электрометрии СО РАН, г. Новосибирск 2 Новосибирский государственный университет, г. Новосибирск * E-mail: efremovvd@iae.nsk.su DOI 10.24412/2308-6920-2023-6-450-451

Когерентная антистоксовая рамановская спектроскопия (Coherent anti-Stokes Raman spectroscopy, CARS) является мощным инструментом, который позволяет в режиме реального времени контролировать процессы, происходящие в биологических тканях и клетках [1]. Волоконные оптические параметрические генераторы (ВОПГ) исследуются в последнее время в качестве перспективного источника для CARS [2, 3]. Подходящие по характеристикам параметрические импульсы генерируется при помощи фотонно-кристаллического волокна и узкополосных импульсов накачки. От последних требуется высокая пиковая мощность [3]. Однако наиболее простой метод получения накачки, пропускание импульсов через узкий спектральный фильтр, приводит к разрушению формы импульса после усиления. Другим, более подходящим методом получения импульсов накачки ВОПГ видится использование волоконного лазера в форме 9-ки с большой аномальной дисперсией. Недавняя работа [4] демонстрирует возможность генерировать диссипативные солитоны с шириной спектра 0.17 нм в области 1 мкм, т.е. там, где дисперсия оптических волокон является нормальной. Для создания аномальной дисперсии в схеме была использована чирпованная волоконная брэгговская решётка (ЧВБР).

Выход

(а) (б)

Рис. 1. Схемы моделируемых волоконных лазеров: на основе NALM (а) и на основе SAM (б).

ЧВБР — чирпованная волоконная брэгговская решётка, PM-980 — пассивное волокно, SAM — self-amplitude modulation (самоамплитудная модуляция)

В настоящей работе были повторены результаты численного моделирования волоконного лазера в форме 9-ки с нелинейным усиливающим петлевым зеркалом (nonlinear amplifying loop mirror, NALM) и большой аномальной дисперсией, обеспечивающейся ЧВБР (Рис. 1, а). Суммарная дисперсия резонатора составляла около -40 пс2. NALM, как насыщающийся поглотитель, хоть и обладает рядом преимуществ, вроде стабильности и относительной простоты, в то же время плохо поддаётся тонкой настройке режима генерации в ходе эксперимента, что может быть особенно важно в роли источника накачки для ВОПГ. Самоамплитудная модуляция (self-amplitude modulation, SAM) на основе эффекта нелинейного вращения поляризации (НВП) даёт больше возможностей для подбора подходящего режима генерации [5]. Поэтому в схему был добавлен SAM на основе эффекта НВП, а оптический разветвитель был заменён на циркулятор (Рис. 1, б). Таким образом была сохранена большая аномальная дисперсия изначальной схемы, а возможности - расширены.

ВКВ0-2023- СТЕНДОВЫЕ

1.0-¡5 0.8-

и

о

X

и X 0)

г 0.4 s

X

о 0 0.0-

Рис. 2. Спектры генерируемых импульсов при помощи NALM и при помощи SAM (а)

и их временные профили (б)

В ходе численного моделирования новой схемы были получены узкополосные импульсы с шириной спектра около 0.2 нм. На Рис. 2 представлено сравнение спектров и временных форм импульсов, генерируемых лазером на основе NALM и на основе SAM. Для обеих схем определены области стабильной генерации в зависимости от основных параметров. В первом случае максимальная энергия импульсов на выходе достигала 3 нДж, во втором пока удалось получить только 0.8 нДж, что может объясняться большими потерями на SAM. Остальные параметры генерируемых импульсов отличались в схемах незначительно, что наглядно показывает более сильное влияние эффективных параметров резонатора, чем его топологии.

Таким образом, в работе показано, что в двух различных волоконных схемах могут генерироваться ультракороткие импульсы со схожими и достаточно специфическими параметрами. Для схемы с SAM на основе НВП планируется экспериментальная реализация и сравнение с результатами расчётов.

Исследование выполнено при финансовой поддержке госзадания ИАиЭ СО РАН (рег. No 121030500067-5).

Литература

1. Krafft C, et al, Chem. Soc. Rev. 45, 1819-1849 (2016)

2. Wurthwein T., et al, Opt. Lett. 46, 3544-3547 (2021)

3. Efremov V., et al, Appl. Opt. 61, 1806-1810 (2022)

4. Zhou J., et al, Opt. Lett. 45, 5768-5771 (2020)

5. Bednyakova A., Kharenko D. and Yarovikov A., J. Opt. Soc. Am. B, 37, 2763-2767 (2020)

NALM

SAM

0.17 нм

1.0

h 0.8 и

0

1 rû

S 0.6

и

X

ш

I 0.4 s

г

О 02

0.0

1064.0 1064,5 1065,0 Длина волны,нм

0.2 нм I

1029.5 1030.0 1030.5 Длина волны,нм

(а)

-20 -10 0 10 Время, пс

(б)

20