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May 19, 2023

Scientific Reports volume 6, Número do artigo: 23759 (2016) Citar este artigo

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Os supercontínuos superplanos são gerados a partir de um amplificador de fibra dopada com Tm de revestimento duplo. Duas configurações de laser diferentes são investigadas e comparadas. Na configuração de saída direta, a borda de comprimento de onda longo do espectro supercontínuo é estendida além de 2,65 μm com uma largura de banda de 10 dB de 740 nm. Na configuração pigtail passiva, o supercontínuo gerado apresenta excelente nivelamento com uma diferença de intensidade menor que 1 dB na ampla faixa espectral central de 1,98 μm a 2,41 μm.

O supercontinuum tem sido estudado há décadas, pois suas características espectrais de banda larga prometem enormes potenciais em muitos campos de pesquisa significativos e aplicações práticas1,2,3. Até agora, muitas fontes supercontínuas diferentes foram desenvolvidas com diferentes fontes de bomba, como lasers de fibra dopada com Yb4,5 e laser de fibra dopada com Er6,7,8,9, em várias fibras, incluindo fibras monomodo convencionais3,9, GeO2 fibras10,11,12, fibras altamente não lineares13,14, fibras de cristal fotônico5,15,16 e fibras ZBLAN17,18,19,20,21.

Além disso, fibras ativas, especialmente fibras dopadas com Tm, também têm se mostrado um meio eficaz para geração de supercontínuo8,9,10,22,23,24. E, junto com o rápido desenvolvimento de lasers de fibra dopada com Tm, as fontes de laser de 2 μm demonstraram suas vantagens incomparáveis ​​como uma bomba ideal na geração de supercontínuo de infravermelho médio17,18,19,20,21. Como a fibra dopada com Tm pode ser usada não apenas como meio de ganho para fonte de laser de 2 μm, mas também como meio não linear para geração supercontínua, um sistema supercontínuo baseado em fibra dopada com Tm seria preferível. Em sistemas supercontínuos baseados em fibras dopadas com Tm, o processo de geração de supercontínuo exibe mecanismos físicos mais complicados a partir de fibras passivas, pois as transições 3F4-3H6 e 3H4-3H5 em íons Tm também desempenham um papel importante no alargamento espectral8,22,23,24, 25.

Já em 2007, S. Kivisto e seus colegas relataram a geração supercontínua em amplificadores de fibra codopada Tm/Ho abrangendo de 1,95 μm a 2,25 μm26. Em 2013, J. Liu demonstrou uma fonte supercontínua de alta potência a partir de um amplificador de fibra dopada com Tm de três estágios, e a faixa espectral é estendida para além de 2,4 μm27. Mais tarde, em 2014, VV Dvoyrin estendeu o lado de comprimento de onda longo para 2,5 μm com apenas um amplificador de estágio28. No entanto, nesses relatórios, o nivelamento do supercontínuo gerado não é satisfatório com diferenças de intensidade de cerca de 10 dB.

Em nossos trabalhos anteriores, foram construídas fontes de laser pulsado de 2 μm29,30,31. Neste relatório, explorando a fonte de laser autodesenvolvida de 2 μm como a semente, juntamente com um LD de 793 nm como a bomba, um amplificador de fibra dopada com Tm para geração supercontínua é desenvolvido. E, duas configurações diferentes de geração supercontínua, a saber, a configuração de saída direta e a configuração de pigtail passivo, são investigadas. Na configuração de saída direta, a saída do laser é medida diretamente na extremidade de saída da fibra dopada com Tm de revestimento duplo. Diferentemente, na configuração pigtail, uma seção de fibra passiva é emendada na extremidade de saída da fibra dopada com Tm de revestimento duplo. E a saída do laser é registrada na extremidade de saída com corte de ângulo da fibra passiva. O supercontínuo é observado em ambos os esquemas, mas com características diferentes. Na configuração de saída direta, a largura de banda de 3 dB do supercontínuo gerado atinge cerca de 600 nm, enquanto, na configuração pigtail, um supercontínuo superplano é alcançado com uma diferença de intensidade de apenas 0,87 dB na ampla faixa espectral central de 1,98 μm a 2,41 μm.

No sistema de laser, a semente de laser pulsada de 2 μm explorada tem uma potência de saída máxima de 1,1 W com a taxa de repetição ajustável de 20 kHz a 100 kHz. A 20 kHz, taxa de repetição, a semente opera no modo de bloqueio de modo comutado por ganho29,30,31, onde o envelope comutado por ganho de 100 ns contém dezenas de subpulsos com durações de cerca de 8 ns. Em taxas de repetição mais altas, a semente funciona no modo de comutação de ganho com uma duração de pulso de cerca de 50 ns. A fibra de amplificação é uma seção de fibra dopada com Tm de revestimento duplo de 7 m de comprimento (Nufern, 10P/130) com um coeficiente de absorção de cerca de 3 dB/m a 793 nm. O núcleo de fibra hexagonal tem um NA de 0,15 e um diâmetro de núcleo de 10 μm. O diâmetro do revestimento da fibra é de 130 μm.