Волоконно-оптическая схема позволяет сжимать импульсы среднего инфракрасного диапазона до 187 фемтосекунд, используя всего 80 ватт
Сверхкороткие импульсы среднеинфракрасного (средне-ИК) лазера необходимы для таких применений, как молекулярная спектроскопия, нелинейная микроскопия и биомедицинская визуализация, но их генерация часто требует сложных и энергоемких систем, которые трудно реализовать вне специализированных лабораторий. Эти системы обычно требуют высокой мощности накачки, сложных оптических схем и точной юстировки. В статье, опубликованной в журнале IEEE Journal of Quantum Electronics, группа учёных из университета SASTRA в Танджавуре сообщает о компактном волоконно-оптическом методе генерации чистых сверхкоротких импульсов среднего ИК-диапазона при значительно сниженной входной мощности. Работа демонстрирует, что высококачественное сжатие импульсов может быть достигнуто с помощью фотонно-кристаллического волокна ZBLAN, легированного гольмием, интегрированного в нелинейное оптическое петлевое зеркало (NOLM), что предлагает более простую и энергоэффективную альтернативу традиционным системам.
Рис. 1. Трехмерная схема и поперечное сечение фотонно-кристаллического волокна ZBLAN, легированного гольмием, иллюстрирующие микроструктурированную оболочку с воздушными отверстиями, диаметр воздушных отверстий (dₐ) и шаг (Λ). Специально разработанная геометрия обеспечивает точный контроль дисперсии и сильное нелинейное взаимодействие, поддерживая эффективную эволюцию самоподобных импульсов и сжатие сверхкоротких импульсов среднего инфракрасного диапазона. Источник: 2026 IEEE.
Решающее значение для достижения эффективного сжатия и сохранения точности импульса во время распространения имеет тщательно разработанная конусообразная геометрия волокна, которая обеспечивает самоподобное развитие импульса и гарантирует сохранение его формы по мере распространения вдоль самого волокна. Легирование гольмием обеспечивает оптическое усиление вблизи 2,86 мкм, что усиливает сигнал и компенсирует потери, которые могут возникать во время распространения.
Благодаря сочетанию усиления, обеспечиваемого редкоземельными элементами, и механизма формирования нелинейных импульсов в конфигурации зеркал с нелинейной оптической петлей, удалось снизить требуемую входную мощность с киловаттного диапазона до всего лишь 80 ватт. Такое существенное снижение мощности не только повышает энергоэффективность, но и уменьшает тепловую нагрузку на волокно.
Рис. 2. Схема нелинейной оптической петлевой зеркальной системы (NOLM), включающей коническое фотонно-кристаллическое волокно Ho:ZBLAN. Установка демонстрирует встречно распространяющиеся импульсы внутри петли, нелинейное накопление фазы и сжатие импульсов, за которыми следует насыщаемый поглотитель, генерирующий чистые, без пьедестала, фемтосекундные импульсы среднего инфракрасного диапазона. Авторство: 2026 IEEE.
При оптимальной длине волокна система сжимала 5-пикосекундные импульсы до 187 фемтосекунд , достигая коэффициента сжатия 26,7 при энергии пьедестала всего 0,63%.
Учёные отмечают, что это первая демонстрация системы NOLM на основе Ho:ZBLAN, генерирующей импульсы длительностью менее 200 фемтосекунд в среднем инфракрасном диапазоне, что является важной вехой в разработке компактных, маломощных и высокоэффективных сверхбыстрых источников среднего ИК-излучения.
