הקדמה לסופרקונטיניום דור

הדור Supercontinuum הוא אחד התהליכים המדהימים ביותר באופטיקה לא ליניארית, מה שהופך את הדופק לייזרים צרפס לתוך קשת רחבה, רציפה של אור שיכולה לעבור מהאוליוט עד אמצע ה-Infrared. תופעה זו, שנצפה לראשונה בכוס חלקית בשנות ה-70 של המאה הקודמת, ולאחר מכן להתאים את סיבי גבישים פוטוני (PCFs) בתחילת 2000, הפכה כלי חיוני על פני מערכות לייזר מתקדמות.

מכניזם פיזי של Supercontinuum Generation

הדור Supercontinuum מתרחש כאשר דופק לייזר אינטנסיבי, קצר אולטרה-קצר הושק לתוך בינוני לא ליניארי - כמעט לעתים קרובות צורה מיקרו-מבנה או פוטוני של גבישי גבישי.פרופיל הפיזור המונדס של הסיבים ו coefficient גבוה מאפשר קדמיון של השפעות אופטיות אשר מרחיבות בהדרגה את טווח הדופק.התהליך יכול להיות מחולק באופן רחב לשני משטרים בהתאם לסף הגל יחסית ל-Ricreams-Ricance (Ric) המוביל לפיזור עצמי לתוך זרם הדם (Val-Rical-Rical-R.

התפקיד של הנדסה של Dispersion

הנדסה Dispersion היא המפתח לשליטה על הדור העל-קונטינום. סיבי קריסטל פוטוני מציעים גמישות יוצאת דופן בהתאמת עקומת הפיזור על ידי התאמת הליטנסיס ואת גודל הליבה. פרופיל שטוח, קרוב לפיזור אפס יכול למקסם את אורך אינטראקציה עבור תהליכים לא ליניאריים, בעוד פיזור חזק עשוי להתאים היווצרות soliton.

השפעות מפתח לא ליניאריות בדור סופרקונטיניום

כמה אפקטים לא לינאריים נפרדים לתרום להתרחבות ספקטרלית, כל אחד עם מקור פיזי ייחודי והשפעה על ספקטרום הפלט.חשיבות היחסית שלהם תלויה בתנאי המשאבה ובעיצוב הסיבים.

שינוי עצמי (SPM)

תפיסה עצמית משתנה נובעת ממדד Refractive תלוי אינטנסיבי של המדיום (אפקט הקר) כמו הדופק אינטנסיבי propagates, פרופיל אינטנסיבי שלה מעורר שינוי שלב תלוי זמן, יצירת רכיבים חדשים תדרים להרחיב את טווח הדופק סימטרי.SPM הוא היעיל ביותר במשטר הפיזור הרגיל לינארי ומייצר מבנה ספקטרום טיפוסי של ספקטרלי.

ארבע וחצי (FWM)

שילוב של ארבעה גלים הוא תהליך parametric שבו שני פוטונים בתדרים ⁇ 1 ו ⁇ 2 הם מושמד ליצור שני פוטונים חדשים ב ⁇ 3 ו ⁇ 4, שמירה על אנרגיה ומומנטום. FWM יכול לייצר אורכי גל חדשים רחוק מן המשאבה, במיוחד כאשר תנאי התאמה שלב מרוצים.

⁇ Raman Scattering (SRS)

פיזור ראמאן כרוך בהעברת האנרגיה מהדופק המשאבה לגלי סטוקס תחתון באמצעות אינטראקציה עם רטטים מולקולריים במדיום.אפקט זה משנה את הספקטרום לעבר אורכי גל ארוכים יותר ויכול ליצור קזק רחב של ראמן.במשטר הפיזור האמנומי, אפקט ראמאן גורם גם תדירות מתמדת של סוליונים, הידוע בשם רוחב הפס העצמי הסולי, אשר מרחיב את רוחב הפס העליון והרווחה (R) לתוך הצורה הכללית של רוחב הפס.

Soliton Dynamics ו- Dispersive Wave Emission

במשטר הפיזור האנומיאלי, הדופקים יכולים ליצור סולמות אופטיות - חבילות גל לוח זמנים אשר מאזן פיזור ולא ליניאריות. solitons אלה יכולים להפיץ ללא שינוי על פני מרחקים ארוכים, אבל אפקטים מסדר גבוה יותר (כגון Raman self- ⁇ Shift ופיזור על סדר שלישי) לגרום להם לשפוך אנרגיה לתוך התחדשות צר הנקראת גלים (או לא פתורים) מופיעים לעתים קרובות על גבי גלים דרמטיים של גלי מתכת קצרים.

השפעה על Spectroscopy

הספקטרום הרחב והרציני של מקור סופרקונטיניום הוא התאמה טבעית לקליטה, השתקפות, ו- fluorescence spectroscopy.בניגוד למפרט הנרות המסורתי או לייזר, supercontinuum יכול לספק כיסוי בו זמנית על פני מאות ננומטרים עם קוהרנטיות מרחבית גבוהה, המאפשר רכישה מהירה יותר, שיפור יחס אותות-ל-לא-רעש, ומיקרוסקופים של דגימות קטנות.

קיצור של Broadband Absorption and Reflectance Spectroscopy

מקורות supercontinuum להחליף לייזרים מרובים פסים או מקורות טוטליים במדידות ספיגה.הבהירות גבוהה ו-am מתואם מאפשר הפיכה ישירה לבדיקות סיבים אופטיים עבור חישה מרחוק. in Reflectance spectroscopy, שלב סופר-קונטינום יכול לרכוש דגימה עם תאורה לבנה אחידה, ואת אינטנסיביות שמשתקף בכל אורכי הגל נתפס עם גלאי זה הוא שילוב של זמן, כלומר, כלומר, ניתוח דינמי, כלומר, הוא מסוגל לשלוט על ידי ניתוח זמן, כמו ניתוח דינמי, כלומר, כלומר, כלומר, יכולת בקרה כימית, כלומר, כלומר, כלומר, ניתוח דינמי, ניתוח זמן, הוא מסוגל לשלוט על ידי ניתוח דינמי, כמו גם ניתוח זמן, כלומר, כלומר, כדי לשלוט על ידי ניתוח דינמי, כדי לשלוט על ידי שינוי, עם תאורה מלאה של זמן, עם תאורה פיזית, עם תאורה, עם תאורה, עם תאורה, עם תאורה, עם תאורה, כלומר, כלומר, יכולת בקרה, עם תאורה פיזית, עם תאורה, עם תאורה, הוא מאפשר ניתוח זמן, הוא מאפשר שינוי כימי, עם תאורה, עם תאורה, כמו גם, עם תאורה, הוא מאפשר ניתוח זמן, עם תאורה, הוא מסוגל לשלוט על ידי שינוי כימי, הוא מסוגלות, כדי לשלוט על ידי שינוי כימי, כדי לשנות

« « קרקס אנטי-Stokes Raman Scattering (CARS) Microscopy

מקורות Supercontinuum אפשרו התקדמות במיקרוסקופ של Raman, במיוחד CARS, שבו שני הדופקים סינכרוניים (pump ו-Stokes) לנהוג שחזור ראמאן.בפס רוחב הפס הרחב של supercontinuum מאפשר אחד לכוונון את אורך הגל סטוקס אלקטרונית על ידי סינון ספקטרלי, ביטול הצורך של לייזר טונה נפרדת.פל זה הוביל לרקמות נמוכות של תרופות דימות מודרניות.

קוהרנטיות אופטית Tomography (OCT)

ב OCT, ההחלטה צירית היא יחסית רוחב הפס ספקטרלי של מקור האור. מקורות סופרקונטינינוום לספק רוחב פס מעל 200 nm או 1300 nm, המאפשר החלטות אקסקליות מתחת 2 מיקרומטר - אידיאלי עבור הדמיה גבוהה של רשתית, עור, אמנות כלילית גבוהה.

יישומים בתקשורת אופטית

תעשיית התקשורת שואפת ללא הרף לקיבולת של נתונים גדולים יותר. Wave-division Multiplexing (WDM) מנצלת ערוצים ספקטרליים מרובים, אבל רוחב הפס הזמין במזד סיבים קונבנציונליים (EDFA) להקה (C-band, - 15-1565 nm) מוגבל.

המונחים: wave-Division Multiplexing with Supercontinuum Source

קומפלקס סופר-קונטיניום יחיד יכול לספק עשרות או אפילו מאות של ספקים קוהרנטיים, הדדיים קוהרנטיים המשתרעים על פני מאות ננומטרים. על ידי demultiplexing את הרצף עם מתג באורך גל, כל נושא יכול להיות מודח באופן עצמאי עם פורמטים מתקדמים (QPSK, 16-QAM, וכו ') גישה זו מבטלת את הצורך עבור מספר רב של דיסקים לייזרים ולהפחית את המורכבות נמוכה של מערכת לייזרים יכול להיות מבוקרת בזהירות.

גילוי ועיבוד אותות

מערכות תקשורת אופטיות מודרניות מסתמכות על גילוי קוהרנטי, הדורשות אווסוציאלטור מקומי עם שלב מוגדר היטב.אם ה- Supercontinuum משמש כאוסטור מקומי, קוהרנטיות שלו מעבר רוחב הפס המלא חייב להיות מצוין.תוכניות מתקדמות כגון coherent אופטי אוthogonal Frevision multixing (CO-ODM) תועלת מהאנרגיה הנמוכה וגם של קולטן-Oconnconn-Oc.

שיטות לא ליניאריות ואסטרטגיות מייגציה

למרות היתרונות האלה, השימוש של מקורות supercontinuum במערכות שידור מציג אתגרים חדשים. התהליכים הלא ליניאריים שיוצרים את הרצף יכול גם לגרום מודולציה בין ארבעה גלי תערובת בין ערוצי WDM, במיוחד אם הרצף אינו שטוח בכוח או אם סיבי ה-Fagation עצמם יש חוסר לינאריות גבוהה.

אתגרים וכיוונים עתידיים

בעוד דור סופר-קונייאום התבגר לטכנולוגיה מעשית, כמה מכשולים נותרו לפני שהוא הופך להיות כלוביקוויטי בספקטרום ובתקשורת.הדאגות העיקריות הן רעש, יציבות ויעילות.

רעש ושקיפות

הגדלה הלא ליניארית של מקורות על-פי הקוונטים והרעש הטכני יכולה להפיג את הביצועים המוגבלים של מקורות supercontinuum, במיוחד במשטר הפיזור האנמיטי שבו דינמיקת סוליטון מייצרת רעש עודף.עבור ספקטרוסקופיה, רעש זה מגביל את הרגישות; עבור תקשורת, הוא מקטין את יחס האות-לא-לזה וקצב של חרדה מעטה.

השפעות כוח ואפקטים חמים

מקורות סופר-קונטינום בעלי עוצמה גבוהה (כוח ממוצע ברמה וואט) עומדים בפני אתגרים ניהול תרמיים. Absorption ב-Samsorption בסיבת הסיבים יכול להוביל לראייה תרמית, שינוי ספקטרלי ואפילו נזק. קירור פעיל, סיבים גדולים יותר באזור מודל, והשימוש בסיבים גבישיים או סיבירי-ריים מלאים גז נחקרים לעוצמה גבוהה.

חומרים חדשים ועיצובים סיבים

PCFs מבוסס סיליקה היה סוס העבודה, אבל חלון השידור שלהם מוגבל ל 2 מיקרומטר. עבור ספקטרום אינפרא אדום (למשל, זיהוי מתאן ב-3.3 מיקרומטר), סיבי זכוכית רכים עשויים של פלואוריד, chalcogenide, או Tellurite נדרשים.חומרים אלה יש יותר חסכוניים לא לינאריים ותפוצה אינפרא אדום, אך סובלים מנזקים נמוכים יותר וסיבים סיליקון (למשל, וספקי דם) לשימוש בהדרגה, חומרים אלה הם בעלי עוצמה משולבת יותר.

התאמת הספקטרום עבור יישומים ספציפיים

יישומים רבים דורשים לא רק ספקטרום רחב, אלא צורה ספקטרלית מסוימת - מנופחים מעל להקה מסוימת, עם דיכוי של אזורים אחרים.שימוש דופקים דחוסים, עיצוב הדופק, או תצורה כפולה-pumpmpmp, החוקרים יכולים לעצב את supercontinuum כדי לענות על הצרכים האלה. אלגוריתמי למידת מכונה כבר לאחרונה הועסקו כדי לייעל וסיבים עבור צורות ליבה ממוקדות, מאיץ את מחזור העיצוב.

מסקנה

השפעות לא ליניאריות הן המנוע מאחורי הדור העל-קונטינום, המאפשר יצירת מקורות אור אולטרה-ברואדפס שהפכו את ספקטרום הראייה ותקשורת אופטית.מחשוף את הדינמיקה של SPM, FWM, Ramanפיזור, ו solitons, מהנדסים ומדענים יכולים כעת לעצב מקורות שליטה חסרת תקדים על רוחב פס, קוהרנטיות וכוח.

(בקריאה נוספת, ראה את הביקורת המקיפה על הדור העל-קונטינום בסיבים גבישיים פוטוניים על ידי דודלי ואל:0) PhotonicsFLT:1, סקירה של סיבים לא ליניאריים אופטיים על ידי Agrawal (זמין מ-FLT:2RPnicsFLT 3), ומאוחר יותר לעבוד על הפחתה של סיבים לא-נורמליים בכל סיבי ה-Agation (Agäpopgation)