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May 19, 2023

Scientific Reports volume 6, numero articolo: 23759 (2016) Citare questo articolo

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I supercontinui superpiatti sono generati da un amplificatore in fibra drogata Tm a doppio rivestimento. Vengono studiate e confrontate due diverse configurazioni laser. Nella configurazione con uscita diretta, il bordo a lunghezza d'onda lunga degli spettri del supercontinuo viene esteso oltre 2,65 μm con una larghezza di banda di 10 dB di 740 nm. Nella configurazione pigtail passiva, il supercontinuum generato presenta un'eccellente planarità con una differenza di intensità inferiore a 1 dB nell'ampio intervallo spettrale centrale da 1,98 μm a 2,41 μm.

Il supercontinuo è stato studiato per decenni poiché le sue caratteristiche spettrali a banda larga promettono enormi potenzialità in molti campi di ricerca e applicazioni pratiche significativi1,2,3. Fino ad ora, sono state sviluppate molte diverse sorgenti supercontinue con diverse sorgenti di pompa, come laser a fibra drogata con Yb4,5 e laser a fibra drogata con Er6,7,8,9, in varie fibre comprese le fibre monomodali convenzionali3,9, GeO2 fibre10,11,12, fibre altamente non lineari13,14, fibre di cristalli fotonici5,15,16 e fibre ZBLAN17,18,19,20,21.

Inoltre, le fibre attive, in particolare le fibre drogate con Tm, si sono rivelate un mezzo efficace per la generazione del supercontinuo8,9,10,22,23,24. E, insieme al rapido sviluppo dei laser a fibra drogata con Tm, le sorgenti laser da 2 μm hanno dimostrato i suoi ineguagliabili vantaggi come pompa ideale nella generazione di supercontinuum nel medio infrarosso17,18,19,20,21. Poiché la fibra drogata con Tm potrebbe essere utilizzata non solo come mezzo di guadagno per la sorgente laser da 2 μm ma anche come mezzo non lineare per la generazione di supercontinuo, sarebbe preferibile un sistema supercontinuo basato su fibra drogata con Tm. Nei sistemi supercontinui basati su fibre drogate con Tm, il processo di generazione del supercontinuo presenta meccanismi fisici più complicati da fibre passive poiché anche le transizioni 3F4-3H6 e 3H4-3H5 negli ioni Tm svolgono un ruolo importante nell'ampliamento spettrale8,22,23,24, 25.

Già nel 2007, S. Kivisto e i suoi colleghi hanno segnalato la generazione di supercontinuo in amplificatori in fibra codopata Tm/Ho che vanno da 1,95 μm a 2,25 μm26. Nel 2013, J. Liu ha dimostrato una sorgente supercontinua ad alta potenza da un amplificatore in fibra drogata Tm a tre stadi e la gamma spettrale è estesa oltre 2,4 μm27. Successivamente, nel 2014, VV Dvoyrin ha esteso il lato della lunghezza d’onda lunga a 2,5 μm con un solo amplificatore a uno stadio28. Tuttavia, in questi rapporti, la piattezza del supercontinuo generato non è soddisfacente con differenze di intensità di circa 10 dB.

Nei nostri lavori precedenti sono state costruite sorgenti laser pulsate da 2 μm29,30,31. In questo rapporto, sfruttando la sorgente laser da 2 μm autosviluppata come seme, insieme a un LD da 793 nm come pompa, viene sviluppato un amplificatore in fibra drogata con Tm per la generazione di supercontinuo. Inoltre, vengono studiate due diverse configurazioni di generazione del supercontinuo, vale a dire la configurazione con uscita diretta e la configurazione pigtail passiva. Nella configurazione con uscita diretta, l'uscita del laser viene misurata direttamente all'estremità di uscita della fibra drogata con Tm a doppio rivestimento. Diversamente, nella configurazione pigtail, una sezione di fibra passiva è giuntata all'estremità di uscita della fibra drogata Tm a doppio rivestimento. Inoltre, l'uscita del laser viene registrata all'estremità di uscita ad angolo tagliato della fibra passiva. Il supercontinuo è osservato in entrambi gli schemi, ma con caratteristiche diverse. Nella configurazione con uscita diretta, la larghezza di banda di 3 dB del supercontinuum generato raggiunge circa 600 nm, mentre, nella configurazione pigtail, si ottiene un supercontinuum superpiatto con una differenza di intensità di soli 0,87 dB nell'ampio intervallo spettrale centrale da 1,98 μm a 2,41 μm.

Nel sistema laser, il seme laser pulsato da 2 μm utilizzato ha una potenza di uscita massima di 1,1 W con una frequenza di ripetizione regolabile da 20 kHz a 100 kHz. A 20 kHz, frequenza di ripetizione, il seed opera nella modalità di blocco della modalità con commutazione di guadagno29,30,31 in cui l'inviluppo con commutazione di guadagno di 100 ns contiene decine di sottoimpulsi con durate di circa 8 ns. A velocità di ripetizione più elevate, il seed funziona in modalità di commutazione del guadagno con una durata dell'impulso di circa 50 ns. La fibra di amplificazione è un tratto di fibra drogata al Tm (Nufern, 10P/130) lunga 7 m, a doppio rivestimento, con un coefficiente di assorbimento a 793 nm di circa 3 dB/m. Il nucleo della fibra esagonale ha un NA di 0,15 e un diametro del nucleo di 10 μm. Il diametro del rivestimento della fibra è di 130 μm.