Когда лазерные импульсы пролетают через оптические волокна на высокой скорости, дисперсия часто действует как невидимое ограничение, ограничивающее их нелинейные эффекты.Для исследователей, стремящихся к эффективному преобразованию частот или генерации сверхнепрерывного, поиск волокна с нулевой дисперсией на определенных длинах волн становится похожим на поиск идеально разработанного ключа в сложной оптической системе.В данной статье рассматривается специально разработанное плавленное фотонное кристаллическое волокно кремния (PCF), оптимизированное для диапазона 1064 нм, раскрывая, как его микроструктура позволяет точно контролировать свойства дисперсии.

Экспериментальная установка: высокоточная интерферометрия белого света

Чтобы точно определить характеристики дисперсии волокна, исследователи построили измерительную платформу для интерферометрии белого света (WLI).Система сосредоточена на интерферометре Маха-Зендера с галогенной лампой, обеспечивающей широкополосное освещениеНесколько ключевых технологий обеспечивают точность измерений:

• Контроль поляризации и коллимация:Свет проходит через поляризатор перед тем, как попасть в интерферометр, обеспечивая попадание сигналов в испытательное волокно в определенных режимах.
• Компенсация рассеяния:Точные стеклянные элементы в эталонной руке компенсируют дополнительную дисперсию от объектов микроскопа, изолируя внутренние свойства волокна.
• Усовершенствованное обнаружение:Система сочетает в себе фотодетекторы кремниевой лавины (видимый спектр) с фотодиодами InGaAs (инфракрасные), чтобы охватить сверхширокий диапазон от 500 до 1700 нм.
• Обработка данных:Анализ трансформации Фурье интерференционных моделей извлекает информацию о спектральных фазах, приспособленную к полиномам для получения точных параметров дисперсии.

Структура волокна и однорежимная проверка

В исследовании использовалось фотоническое кристаллическое волокно, изготовленное из высокочистого расплавленного кремния.1 мкм воздушные отверстия, расположенные на расстоянии 2 мЭта микроструктура обеспечивает как превосходные светопроводящие свойства, так и гибкие возможности настройки дисперсии.

Испытания гелий-неон лазерных помех подтвердили однорежимную работу. высокая видимость краев ясно показала, что волокно поддерживает только фундаментальное распространение режима в рабочей полосе,устранение мультимодных помех, которые могут нарушить измерения дисперсии.

Основные выводы и анализ дисперсии

Детальный анализ данных привел к нескольким важным выводам:

• длина волны с нулевой дисперсией:Волокно достигает нулевой дисперсии точно на 1064 нм (неопределенность ± 3 нм), что делает его идеальным для нелинейных приложений с лазерными насосами Nd: YAG.
• Производительность телекоммуникационной полосы:При 1550 нм дисперсия измеряет 46 пс/нм·км, демонстрируя отличную плоскость на длинах волн связи.
• Чувствительность поляризации:Сравнение кривых дисперсии вдоль обеих волоконных осей показало почти идентичное поведение через инфракрасные до видимых длин волн, при этом незначительные различия, вызванные двусмыканием, появляются только ниже 750 нм.

Приложения и гибкость проектирования

Это волокно открывает новые возможности для нелинейной оптики. Его свойство нулевой дисперсии 1064 нм значительно уменьшает несоответствие групповой скорости во время нелинейного преобразования частоты.Конструкция предлагает замечательную адаптивность:

• Уменьшение размеров ядра повышает нелинейные реакции путем концентрации интенсивности света
• Более крупные ядра могут оптимизировать передачу импульсов в лазерах из волокна Yb с блокированным режимом при сохранении стабильной дисперсии

Такая настраиваемость делает это фотоническое кристаллическое волокно особенно ценным для ультрабыстрой оптики, точного зондирования и нелинейного преобразования частот.