2022年5月11日，坦佩雷大学的研究人员芬兰坦佩雷与华沙大学和勃艮第大学弗朗什-孔泰地区的同事通力合作，用一种非二氧化硅材料的渐变折射率多模光纤创造了一种中红外波段的超连续谱光源。参与人员在光纤中生成了一种在超宽带光源领域非常有前景的两倍频的超连续谱，但是这种中红外波段的超宽带光源的应用对空间光束质量和功率有着非常高的要求。 研究人员表示，光纤可以用于环境传感、分子指纹、显微镜、医疗诊断、气体监测、光谱学、激光雷达等领域。实验团队补充说道，他们相信这种光纤可以成为产生宽带源和频率梳的标准工具。 Goëry Genty教授说:“除了它们的许多应用之外，[这种光纤]还提供了一种研究基本物理效应如波浪湍流的方法。”
研究人员使用特定的排列方式堆叠的两种具有不同折射率的玻璃开发了一种具有抛物线折射率的多模光纤，使其能够达到中红外波段和高非线性指标。注入光纤的短脉冲光谱大幅拓宽，从可见光延伸到中红外波段。由于抛物折射率引起的自清洁动力，光束可以保持平滑。这种光谱超宽、光束平滑、大功率的光源，可用于环境传感或医学诊断的高分辨率成像。坦佩雷大学提供。 为了产生类似于可见光和近红外光谱中的超连续谱特征的超连续谱，研究人员使用两种类型的铅铋没食子酸盐玻璃棒构建了一种具有不同的折射率、以纳米结构为核心的光纤。由此产生的多模光纤显示了一个有效的抛物线折射率分布并且比二氧化硅光纤增加了十倍的非线性。抛物线折射率产生的自清洁动力，使光束保持边缘平整。 由于增强的非线性折射率，铅铋没食子酸盐光纤产生了比传统光纤大得多的光谱带宽。当研究人员向光纤中注入飞秒脉冲时，产生了一个从可见光到中红外(700到2800纳米)波段的两倍频的超连续谱。该团队以泵浦波长和泵浦功率的函数为依据，对超连续的产生机制进行了系统的研究。实验结果证明了非线性光束变的边缘整洁。 研究人员还描述了光纤在超连续谱中几个波长波段的相对强度噪声。在可控的注入条件下，通过在光纤输出处的一个接近单模的空间强度分布，他们发现了自清洁动力的清晰特征。当他们将实验结果与时空数值模拟进行比较时，研究人员进一步证实了自清洁动力。他们还与梯度折射率石英纤维中产生的超连续介质进行了实验比较。以此表明，由于非线性折射率的增强，这种新型非硅光纤产生的光谱进一步扩展到中红外波段。 “这种渐变折射率光纤的折射率变化导致光纤内部的光周期性聚焦和离焦，这使得空间和时间非线性的光物质相互作用之间的耦合成为可能，”Genty说。“这导致了一种自清洁机制，能产生高功率的超连续光和边缘平整的光束。” 自2000年首次亮相以来，超连续激光已被广泛应用于计量、成像、超宽带遥感等科学研究领域。坦佩雷团队表示，到目前为止，在梯度折射率光纤中产生超连续光束的实验只使用了二氧化硅光纤，而超连续光束只在可见光和近红外光谱区域进行了实验。 研究人员Zahra Eslami说:“这个问题现在已经通过使用一种利用两种折射率不同的铅铋没食子酸盐玻璃棒，得到纳米结构的核心的特殊设计解决。”“其结果就是一种可传达中红外波段、具有有效抛物线折射率分布且就像蛋糕上的樱桃一样能增强非线性光与物质的相互作用的梯度折射率光纤。” 这项研究发表在《自然通讯》杂志上(www.doi.org/10.1038/s41467-022-29776-6). |
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