Bagaimana untuk menghasilkan pulsa ultrashort pada serat inframerah pertengahan?
Dalam tahun -tahun kebelakangan ini, permintaan untuk pults ultrashort inframerah pertengahan (pertengahan) telah meningkat disebabkan oleh banyak aplikasi mereka dalam bidang seperti spektroskopi, penderiaan jauh, dan diagnostik perubatan. Sebagai pembekal serat inframerah pertengahan yang boleh dipercayai, saya berpengalaman dalam teknik dan kaedah untuk menjana denyutan ultrashort pada serat pertengahan. Dalam blog ini, saya akan berkongsi beberapa pendekatan dan pertimbangan utama.
Memahami asas -asas serat inframerah pertengahan
Sebelum menyelidiki generasi denyutan ultrashort, adalah penting untuk memahami ciri -ciri serat pertengahan. Serap IR pertengahan biasanya beroperasi dalam julat panjang gelombang 2 - 20 μm. Serat ini dibuat dari pelbagai bahan, seperti gelas chalcogenide, gelas fluorida, danSerat kristal tunggal. Setiap bahan mempunyai kelebihan dan batasannya sendiri dari segi ketelusan, tidak linear, dan sifat mekanikal.
Serat kaca chalcogenide, sebagai contoh, mempunyai nonlineariti yang tinggi, yang bermanfaat untuk penjanaan denyut ultrashort. Mereka juga menawarkan ketelusan yang baik di rantau pertengahan. Serat kaca fluorida, sebaliknya, mempunyai tenaga phonon yang lebih rendah, yang dapat mengurangkan kadar relaksasi yang tidak radiasi dan meningkatkan kecekapan doping ion bumi yang jarang berlaku. Serat kristal tunggal menyediakan sifat optik dan mekanikal yang sangat baik, dan mereka boleh disesuaikan untuk aplikasi tertentu.
Mod - Teknik mengunci
Salah satu kaedah yang paling biasa untuk menghasilkan pulsa ultrashort dalam serat adalah mod - mengunci. Mod - mengunci adalah teknik yang memaksa semua mod longitudinal rongga laser untuk berayun dengan hubungan fasa tetap. Ini mengakibatkan penjanaan kereta api ultrashort.
Mod pasif - mengunci
Mod pasif - mengunci digunakan secara meluas dalam laser serat pertengahan. Ia bergantung kepada penyerap susu, yang merupakan peranti yang mempunyai pekali penyerapan tak linear. Apabila intensiti cahaya dalam serat adalah rendah, penyerap susu menyerap sejumlah besar cahaya. Walau bagaimanapun, apabila intensiti tinggi, penyerapan tepu, dan cahaya dapat melalui lebih mudah.
Nanotube karbon dan graphene adalah dua jenis penyerap susu yang telah digunakan pada pertengahan laser serat IR. Mereka mempunyai spektrum penyerapan yang luas dan masa pemulihan yang cepat, yang menjadikannya sesuai untuk menghasilkan denyutan ultrashort. Satu lagi jenis penyerap susu ialah cermin penyerap susu semikonduktor (Sesam). Sesam direka untuk mempunyai masa penyerapan dan pemulihan tertentu, dan mereka boleh dioptimumkan untuk panjang gelombang dan tempoh denyutan yang berbeza.
Mod aktif - mengunci
Mod Aktif - Mengunci menggunakan modulator luaran untuk mengawal fasa atau amplitud cahaya dalam rongga laser. Modulator biasanya didorong oleh isyarat frekuensi radio (RF). Dengan menyesuaikan kekerapan dan amplitud isyarat RF, mod rongga laser dapat dikunci bersama untuk menghasilkan denyutan ultrashort.
Mod Aktif - Mengunci lebih kompleks daripada mod pasif - mengunci, tetapi ia menawarkan kawalan yang lebih baik ke atas kadar pengulangan nadi dan parameter lain. Ia sering digunakan dalam aplikasi di mana kawalan tepat kereta api nadi diperlukan.
Kesan optik tak linear
Kesan optik nonlinear memainkan peranan penting dalam penjanaan nadi ultrashort pada serat pertengahan. Beberapa kesan tak linear yang penting termasuk modulasi fasa diri (SPM), modulasi fasa silang (XPM), dan empat pencampuran gelombang (FWM).
Modulasi Fasa Diri (SPM)
SPM adalah kesan tak linear yang berlaku apabila intensiti nadi cahaya dalam serat menyebabkan perubahan dalam indeks biasan bahan serat. Perubahan dalam indeks biasan ini membawa kepada peralihan fasa denyutan cahaya, yang boleh mengakibatkan peluasan spektrum. SPM sering digunakan dalam kombinasi dengan pengurusan penyebaran untuk memampatkan nadi dalam domain masa.
Modulasi fasa silang (xpm)
XPM adalah serupa dengan SPM, tetapi ia berlaku apabila dua atau lebih denyutan cahaya berinteraksi dalam serat. Keamatan satu nadi boleh menyebabkan perubahan dalam indeks biasan serat, yang mempengaruhi fasa nadi yang lain. XPM boleh digunakan untuk menjana panjang gelombang baru dan mengawal sifat -sifat ultrashort denyutan.
Empat - Pencampuran Gelombang (FWM)
FWM adalah proses tak linear di mana empat foton berinteraksi untuk menghasilkan dua foton baru. Ia boleh digunakan untuk menjana panjang gelombang baru di rantau inframerah pertengahan dan kekerapan - menukar denyutan ultrashort. FWM amat berguna untuk menghasilkan denyutan ultrashort pada panjang gelombang di mana sumber laser langsung tidak tersedia.
Jarang - doping ion bumi
Rare - doping ion bumi adalah satu lagi teknik penting untuk menghasilkan denyutan ultrashort pada serat pertengahan. Rare - ion bumi seperti thulium (TM), holmium (HO), dan erbium (ER) boleh doped ke dalam teras serat untuk memberikan keuntungan pada panjang gelombang tertentu.
Serat doped TMdigunakan secara meluas dalam laser serat pertengahan. Ion thulium mempunyai garis pelepasan dalam julat panjang gelombang 1.8 - 2.1 μm, yang berada di rantau pertengahan. Dengan mengepam serat TM - doped dengan sumber laser yang sesuai, penyongsangan populasi dapat dicapai, dan pelepasan laser dapat terjadi.
HO - Serat doped boleh memancarkan cahaya dalam julat panjang gelombang 2 - 2.1 μm, dan ia boleh digunakan dalam kombinasi dengan gentian TM - doped untuk memperluaskan liputan panjang gelombang. ER - Serat doped digunakan terutamanya di rantau inframerah berhampiran, tetapi mereka juga boleh digunakan dalam beberapa aplikasi pertengahan dengan skim doping dan pam yang sesuai.
Pengurusan Penyebaran
Penyebaran adalah faktor penting yang mempengaruhi penyebaran denyutan ultrashort dalam serat. Penyebaran menyebabkan komponen frekuensi yang berlainan nadi untuk bergerak pada kelajuan yang berbeza, yang boleh membawa kepada peluasan nadi. Untuk menghasilkan denyutan ultrashort, perlu menguruskan penyebaran serat.
Salah satu cara untuk menguruskan penyebaran adalah menggunakan serat dengan ciri -ciri penyebaran yang berbeza. Sebagai contoh, serat dengan penyebaran normal boleh digunakan dalam kombinasi dengan serat dengan penyebaran anomali. Dengan berhati -hati merancang panjang dan penyebaran setiap segmen serat, penyebaran keseluruhan rongga laser dapat dioptimumkan untuk mencapai mampatan nadi.
Kaedah lain ialah menggunakan penyebaran - pampasan serat. Serat ini direka untuk mempunyai penyebaran negatif yang besar, yang boleh mengimbangi penyebaran positif gentian keuntungan. Dengan memasukkan penyebaran - mengimbangi serat ke dalam rongga laser, peluasan nadi dapat dikurangkan, dan denyutan ultrashort dapat dihasilkan.
Pertimbangan untuk aplikasi praktikal
Apabila menghasilkan denyutan ultrashort pada serat pertengahan untuk aplikasi praktikal, terdapat beberapa pertimbangan yang perlu diambil kira.
Tenaga nadi dan kuasa puncak
Tenaga nadi dan kuasa puncak denyutan ultrashort adalah parameter penting untuk banyak aplikasi. Dalam sesetengah aplikasi, seperti pemesinan laser dan pembedahan perubatan, tinggi - tenaga dan tinggi - puncak - pulsa kuasa diperlukan. Untuk mencapai tenaga nadi yang tinggi, rongga laser perlu direka untuk menyimpan sejumlah besar tenaga, dan proses mampatan nadi perlu dioptimumkan.
Kadar pengulangan nadi
Kadar pengulangan nadi adalah satu lagi parameter penting. Dalam sesetengah aplikasi, seperti pengimejan kelajuan tinggi dan telekomunikasi, pengulangan yang tinggi - kereta api denyut nadi diperlukan. Kadar pengulangan boleh dikawal dengan menyesuaikan panjang rongga laser dan mekanisme penguncian mod.
Kestabilan dan kebolehpercayaan
Kestabilan dan kebolehpercayaan sistem penjanaan nadi ultrashort adalah penting untuk aplikasi praktikal. Faktor -faktor seperti variasi suhu, getaran mekanikal, dan degradasi komponen optik boleh menjejaskan prestasi sistem. Untuk memastikan kestabilan dan kebolehpercayaan, sistem perlu direka dengan pengurusan terma yang betul, pengasingan getaran, dan perlindungan komponen optik.
Sebagai pembekal serat inframerah pertengahan, kami menawarkan pelbagai serat dan komponen untuk penjanaan nadi ultrashort di rantau pertengahan. KamiSerat kristal tunggal,Sinaran - PM tahan - Serat EYDF, danSerat doped TMDireka dengan teliti untuk memenuhi piawaian kualiti tertinggi. Sekiranya anda berminat untuk menghasilkan pulsa ultrashort pada serat pertengahan untuk aplikasi khusus anda, sila hubungi kami untuk maklumat lanjut dan untuk membincangkan keperluan perolehan anda.
Rujukan
- Aggarwal, Id, & Seddon, AB (eds.). (2003). Buku Panduan Gelas Chalcogenide: Sifat dan Aplikasi Fizikal. Springer Science & Business Media.
- Richardson, DJ, & Fermann, ME (2005). Tinggi - Laser serat kuasa: Status semasa dan prospek masa depan. Jurnal Optik A: Optik Tulen dan Gunaan, 7 (1), S60.
- Xu, H., & Xia, G. (2017). Laser serat inframerah pertengahan berdasarkan serat kaca fluorida: semakan. Optik Express, 25 (17), 20201 - 20218.