ההשפעה של סיבים לא ליניאריות על מקורות אור סופרקונטין

מבוא: התפקיד של סיבים לא ליניאריות במקורות Supercontinuum

מקורות אור סופרקונטיניאום הפכו הכרחיים בפוטניקה המודרנית, המספקים ספקטרום רחב, קוהרנטי המשתרע מן האולטרה סגולה עד אמצע-השנאה, יכולתם לספק רצף של אורכי גל בדבורה אחת מאפשרת התקדמות בספקטרום חיוני של תכונות-קופצנטיות, אופטית לינארית לmography, מטרופולין, ומיומנות גבוהה של תקשורת.

בלב של דור סופר-קונטיניום הוא האינטראקציה בין הדופק לבין התכונות החומריות והגל של הסיבים.אפקט הקר, ממריץ פיזור, וארבעה גלי תערובת כל אחד לתרום להתרחבות ספקטרלית אבל גם לכפות מגבלות כגון הגדלת רעש ושבר הדופק. מאמר זה מספק סקירה טכנית סמכותית של הלא לינאריות מפתח, ההשפעה שלהם על תכונות supercontinuum, והשתמשו באסטרטגיות כדי לייעל את הביצועים שלהם.

יסודות של סיבים לא ליניארים

סיבים אופטיים מפגינים התנהגות לא ליניארית כאשר השדה החשמלי של הדופק מפיץ חזק מספיק כדי לגרום לתגובה של קיטוב שאינו ליניארי לחלוטין עם השדה.קוטב הלא לינארי הזה מעלה שורה של אפקטים שניתן לסווגם לסדר שלישי (Ker) לא ליניאריות ותהליכי פיזור לא-לינאריים.

אפקט קר ו-Phase Modulation

אפקט הקרר, אי-לינאריות מסדר שלישי, גורם לאינדקס השביר של חומר הסיבים להשתנות עם עוצמת האור המיידית של האור.התוצאה הישירה ביותר היא FLT:0:0-phase Modulation (SPM)igir)FLT:1, שבו הדופק עצמו גורם לשינוי עצמאי בזמן.

4 WAVEING

שילוב של ארבעה גלים (FWM) הוא תהליך parametric שבו שני פוטונים של משאבה הם להשמיד כדי ליצור אות ו idler photon, שמירה על האנרגיה והמנטום. בהקשר סופר-קונייאום, FWM מעביר אנרגיה מהלהקה החזקה של משאבה לא מושלמת כדי לעמוד בכותרות חדשות גל, לעתים קרובות ממלא את הפערים המרכזיים בין מנגנונים מורחבים יכול להיות de-Foperic-of-of-of-of-of-of-the-of-in-in-p-p-the-in-in-p-p-in-p-p-p-in-p-in-in-p-in-in-p-p-p-p-p-p-sur-in-p-p-in-in-in-in-the-p-p-in-p-p-sur-p-sur-sur-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-p-p-of-of-of-the-the-of-of-in-the-p-in-in-in-in-in-of

« « « « ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

(FLT:0)Stimulated Ramanפיזור (SRS)FLT) 1 כרוך פיזור inelastic פיזור שבו משאבה photon מאבד אנרגיה כדי ליצור פוטון סטוקס ורט מולקולרי (phonon) Raman לצבור ספקטרום סיבי אגם סיבי סיבית לשיאים בתדירות של כ-13 THz ויכול להאריך מעל כמה מאות גלים.

שינוי חוסר יכולת

(FLT:0)Modulation חוסר יציבות (MI)FLT:1) הוא תהליך לא ליניארי המתרחש במשטר הפיזור האנומיאלי, שבו משאבה רציפה או מחצנית מצטברת לתוך רכבת של הדופקים אולטרה-דמיים קצר בשל הממשק הבין-לאומי של SPM ופיזור. MI ביעילות זרע היווצרות של סולקים, ולעתים קרובות השלב הראשון של supercontinume הוא תהליך של משאבה אסטרטגית באמצעות דופקים אופייניים.

השפעות על נכסים סופרקונינטינום

האיזון של השפעות לא ליניאריות אלה קובע את רוחב הספקטרום, שטוחות, קוהרנטיות, ויציבות זמנית של supercontinuum. כל יישום מטיל דרישות נפרדות.לדוגמה, מטרולוגיה תדירות דורש קוהרנטיות גבוהה ומעטפה ספקטרלית חלקה, בעוד ספקטרוסקופיה עשויה לסבול חוסר יציבות צנוע בתמורה להבנה קיצונית.

המונחים: wideizing mechanisms

הרחבה ספציפית עם סופרקונטיניום היא לעתים רחוקות תוצאה של תהליך יחיד.בדרך כלל, הדופק נפתח בתחילה באמצעות SPM; אז, כאשר הוא נכנס משטר פיזור עצום, דינמיקות סוליטון לשלוט. Solitons יכול לשנות את התדר מרכז שלהם דרך אפקט Raman (Soliton self- ⁇ ) ופיזור גליים באזור הפיזור הרגיל.

קוהרנטיות ורעש

(הקוהרנטיות היא אולי הנכס הקריטי ביותר עבור יישומים רבים.הכפייה של דינמיקת סופר-קונטיניום מתפוררת על ידי תהליכים לא ליניאריים שמגבירים רעש, במיוחד SRS ו- MILT בשלבים המוקדמים של הדור, רעש קוונטי במשאבה יכול להיות מוגבר באופן סימקטי, המוביל לפענוח דו-אט (SRS), להיות תהליך סטופני, מוסיף שלב נוסף של מפואר (Fon) באופן דרמטי, כולל גם פיזור מהיר יותר, כולל של פולמוס (Fon-פולני).

אסטרטגיות לניהול סיבים לא ליניאריות עבור אופטימיזציה Supercontinuum

אין עיצוב סיבים יחיד או מצב תפעולי אופטימלי עבור כל יישומי Supercontinuum. מהנדסים וחוקרים מעסיקים שילוב של הנדסה סיבים, עיצוב הדופק ובחירת פרמטר לרתום לא לינאריות מועיל תוך הקטנת מזיקים.

הנדסה של

פרופיל הפיזור של הסיבים הוא המנוף החזק ביותר.על ידי תכנון סיבים גבישיים פוטוניים (PCFcore) עם מבנה חור מבוקר בדיוק, ZDW יכול להיות מועבר אל רוחב הפס הרצוי.לדוגמה, PCF עם ZDW קרוב 800 nm מוחזר על ידי לייזר של Tisapphire (כ-800m) יפעל ליד רוחב הפס הרצוי של גבול רגיל ו-Foniclimate, כל כך פיזור של לייזר חלק ו-yton (מחץ) ו-Fon-ydicial) כל כך גבוה כל כך, אך הוא חייב להיות מתפזר כל כך חזק יותר על פני פיזור כל כך יעיל.

משאבת אורך הגל וניהול הכוח

בחירת אורך הגל של המשאבה ביחס ל- ZDW של הסיבים קובע את המשטר הדומיננטי.דביל באזור הפיזור הרגיל (λFLT:0 ZDW) מאפשר דינמיקות סוליטון ורוחב רחב יותר, אך עם רעש מוגבר.יש להתאים את כוח המשאבה: נמוך מדי, וספק מרכזי הרחבה אינה מספיקה; גבוהה מדי, ועודף לא לינאריות גורם לגוון רחב, או לפגיעות, עלולים להיות מותשים, באמצעות תנודות, או להפחתה של כוח מחוזק, באמצעות סיבים, באמצעות גירוי, או ירידה של כוח מחוזק, או ירידה של כוח מקוטב.

דופק וצורה

משך זמן משפיע עמוקות על אורך אינטראקציה לא ליניארית. Femto השני הדופק (sub-100 fs) אינטראקציה על מרחקים קצרים (cm) ומייצר supercontinuum חזק מאוד באמצעות שיתוק סוליניסטי של סוליטון (sub-100 fs) הדופק השני (ב- 10 ps) יכול עדיין להפחית את הדופק הלא-PM) באופן נרחב מאוד, אך גורם לדינמיקה של S-S-D-D-D-D-doidic במידה רבה יותר, אך גורם לטכניקות דלקתיות נמוכה מאוד, אך מ-S.

סוגים אלטרנטיביים ואדריכלות

(ב) מעבר ל-Cylimate, חומרים וסיבים אחרים מציעים נופים לא ליניאריים שונים (Fspeccore:0) ZBLANFLT:1 (fluoride) ו-FLT:2chalcogenideFLT) יכולים לספק סיבים חלופיים ל-DLT5 רחב יותר, אך ניתן להגדיל את רמות ה-DLT-Fallowernbnbnbnbnbnbnbnbnbnb-Ferto-Ferto-Ferto-Fal-D.

אופטימיזציה משלימה ובקרת משוב

עיצוב סופר-קונטיניאום מודרני יותר מסתמך על סימולציות מספריות באמצעות משוואה שאינה לינארית Schrödinger (GNLSE) מודלים אלה יכולים לחזות את ספקטרום הפלט ואת קוהרנטיות עבור סיבים ותצורה של משאבה נתונה, החוקרים יכולים לייעל פרמטרים כגון אורך סיבים, פרופיל תפוק, ושאבה כדי לעמוד במטרות ספציפיות של ספקטרליות וקוהרנטיות.

דרישות ודרישות הלא-לינאריות שלהם

יישומים שונים מציבים דרישות שונות מאוד על מקור העל-קונטינום, אשר בתורו מכתיב את הרמה המקובלת של עיוות לא ליניארי.

ספקטרוסקופיה ומטרופולין

עבור ספיגת ו- fluorescence spectroscopy, אינטנסיביות ספקטרלית שטוחה ויציבה היא לעתים קרובות יותר מאשר רוחב פס קיצוני. ו סיבי הם בחירה טבעית כי הם מספקים ספקטרום חלק, קוהרנטי עם רעש מינימלי.תדירות עקבית ספקטרום ספקטרום רחב, הדורש קו רוחב של תדרים לא פחות לינאריים, דורש קוהרנטיות יוצאת דופן; ובכך, אימפולסיביות שנייה, יש צורך במשטר גמישים:

קוהרנטיות אופטית Tomography (OCT)

OCT דורש מקור פס רחב עם קוהרנטיות זמני נמוך כדי להשיג החלטה אקסקליאלית גבוהה, אבל גם קוהרנטיות מרחבית גבוהה עבור קולגות קרן. מקורות Supercontinuum אידיאלי עבור OCT, מתן רוחב פס מעל 200 nm במהירויות גל קרוב-infrared על ידי רוחב פס נמוך (למשל, אלה המבוססים על MI) ימחקו את רמות רוחב הפס של צריכת רוחב הפס נמוך או צינורות נמוך.

תקשורת

בתקשורת אופטית, מקורות supercontinuum משמשים כמקורות רבכי גל עבור רבכי גל דחוסים רוחבי מרובות (DWDM) ו כמו אותות מבחן עבור אפיון רכיב.כאן, שטוחה ספקית, כוח גבוה ערוץ, ורעש אינטנסיבי נמוך יחסית (RIN) הם קריטיים לא לינאריות חזקות כמו SRS יכול לגרום כוח מעבר לספקטרום, בעוד FWM יכול לייצר רפלקפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטציה על ידי אפקטים אלה.

הדמיה ומיקרוסקופ

מקורות supercontinuum רחב משמשים מיקרוסקופי צילום רב-לשונית ו-probe-probe spectroscopy. יישומים אלה נהנים מהיכולת לכוון אורכי גל של הדגה על פני טווח רחב. קוהרנסנס הוא פחות קריטי מאשר במטרופולין, אבל אחידות ספקטרלית וחומר כוח ממוצע.

כיוונים עתידיים ואתגרים מתעוררים

כמו מקורות supercontinuum להיות נפוץ יותר, מחקר דוחף את הגבולות של כיסוי ספקטרלי, קוהרנטיות, ובקרת כוח. מגמות מפתח כוללות הרחבת הספקטרום ל-VVV ו-High Mid-IR, שיפור קוהרנטיות זמניות עבור יישומים אופטיים קוונטיים, ולהגדיל את כוחות התפוקה לעשרות של וואט.כל אחד מהם מביא אתגרים חדשים לא ליניאריים.

חומרים סיבים ומבנה

חומרים עם עדשות גבוהות יותר של סדר שלישי, כגון סיליקון nitride (Si3N4) ו chalcogenide משקפיים, הבטחת מקורות supercontinuum קומפקטי על שבב.עם זאת, חומרים אלה לעתים קרובות יש ספיגת 2 פוטון גבוה (TPA) והפסדים ללא תשלום מהיר, המציגים מגבלות שדה לא לינאריות חדשות עם גל niride סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון כמעט מלא של גזים ספקטרום בינוניים (R) עם עלות של גזים עם עלות אולטרה-או-או-או-או-או-או-מטרדבן גבוהה יותר עם עלות גבוהה יותר עם עלות גבוהה יותר עם עלות של דלק רטובהטווח קצר יותר עם עלות גבוהה יותר עם עלות גבוהה יותר עם עלות גבוהה יותר עם עלות של גזים (R) עם עלות גבוהה יותר של גזים של דלקומטרדפסדבן גבוהה יותר עם עלות גבוהה יותר עם עלות של פחמן מגנטית גבוהה יותר של פחמן מגנטית גבוהה יותר של גזים של פחמן מגנטיתולים (R.

Machine Learning for Optimal Design

תכנון סיבים ופרמטרי משאבה עבור ספקטרום הרצוי הוא בעיה אופטימיזציה ברמה גבוהה, לא לינארית שיטות למידה מכונה - במיוחד רשתות עצביות עמוקות ואופטימיזציה Bayesian - משמשים כדי להפוך את הפיזור סיבים לאחור וחיזוי תנאי משאבה אופטימליים. כלים אלה יכולים לחקור חללים פרמטר הרבה מעבר למה אינטואיציה או סימולציות פשוטות מאפשרות, גילוי סיבים פוטנציאליים להשגת שילוב חסר תקדים של רוחב פס ו coherence, כלומר, מודלים מדויקים של סימולציה לא ברור על בסיס דיוק, יש להבין את המודלים מדויקים של פיזיקה.

כוח גבוה ו Ultrafast Supercontinuum

מקורות supercontinuum לסמכויות גבוהות יותר (10 W ומעלה) חיוני ליישומים תעשייתיים כגון עיבוד חומרים ו- LIDAR. High-powerמבצעים מגבירים את ההשפעות התרמיות ואת הלא לינאריות כמו SBS וקליטת אי לינארית, אשר יכול לפגוע בסיבים חדשים של שיטות קירור חדשות, סיבים גדולים עם לא לינאריות מופחתת, ו- chirped-pulse amplse מייצרת כמה טכניקות למחזוריות.

מסקנה

אי-לינאריות הן המנצלות והן המגבלה העיקרית בדור סופר-קוניאנום.המודלציה העצמית, שילוב של ארבעה גלים, עורר את ראמן מתפזר, וחוסר יציבות בכל אחד לתרום לדינמיקה הספקטרום יוצא הדופן של מקורות אלה, אך הם גם מציגים את ההידרדרות של חומרים גיאו-פוליטיים, וספקליים לא-אחדים רחבים יותר, הדרך למקור סופר-קונטי מוצלח של התפתחותי של תהליכים חדשים, כמו גם על מנת לשפר את היכולות של שליטה מלאה, כמו גם על-מחדשנית, ולפתח, ולפתח את החומרים המשתנים, כמו גם את החומרים המשתנים, ולפתח את החומרים המשתנים, ולפתח את החומרים המשתנים, ולפתח את התכונות של חומרים חדשים, ולפתח את התכונות של חומרים חדשים, ולפתח, ולפתח את התכונות של שליטה, ולפתח את התכונות של שליטה, ולפתח את התכונות של שיטות בקרה, ולפתח את התכונות של שליטה, ולפתח את התכונות של שיטות בקרה, תוך כדי לשפר את התכונות של שליטה, ולפתח את התכונות של שליטה מלאה של חומרים גיאומטרונימיות, כמו גם על פני המשתנים, ולפתח את התכונות של שליטה על פני המשתנים, כמו גם על פני המשתנים, ולפתח את התכונות של חומרים גיאו