(a) Configuración y foto microscópica de HPMKR. (b) Espectros de transmisión y medición del factor Q de HPMKR. (c) Esquema del láser HPMKR. WDM, multiplexor por división de longitud de onda; EDF, fibra dopada con erbio; PI-ISO, aislador independiente de la polarización; ORDENADOR PERSONAL, controlador de polarización; JEFE, acoplador óptico; OSA, analizador de espectro óptico; RSA, Analizador de espectro de RF. (d) (1-4) Espectros ópticos del láser HPMKR con muestras variadas de FSR. Las trazas de autocorrelación correspondientes se muestran en (5-8). Crédito:SPIE
Los láseres pulsados de alta tasa de repetición sirven para una amplia gama de aplicaciones, desde las comunicaciones ópticas hasta la fotónica de microondas y más. La generación de trenes de pulsos ópticos ultracortos normalmente implica fases de bloqueo de modos de cavidad láser longitudinal. En 1997, Se demostró un mecanismo basado en la mezcla disipativa de cuatro ondas (DFWM) con componentes clave que incluyen filtros de peine y elementos de alta no linealidad. Desde entonces, Las demostraciones de trenes de pulsos de alta tasa de repetición que adoptan DFWM han explotado varios tipos de filtros de peine y componentes no lineales.
En 2012, Peccianti y col. propuso un láser de fibra ultrarrápido estable de 200 GHz basado en un resonador microring de sílice que sirve como un filtro de peine integrado para impulsar el bloqueo del modo DFWM. Pero el esquema de sílice es costoso e implica pérdidas de acoplamiento entre la fibra y la guía de ondas de sílice. Por lo tanto, un resonador totalmente de fibra de bajo costo para generar pulsos láser de alta tasa de repetición utilizando DFWM sigue siendo muy deseable. Sin embargo, la ausencia de una fuerte no linealidad en las fibras ópticas estándar ha sido una barrera significativa para desencadenar la generación de pulsos cortos con alta frecuencia de repetición, hasta ahora.
Resonador de nudos de microfibra plasmónica híbrida
Un equipo de investigadores de la Universidad de Nanjing y la Universidad de Shanghai demostró recientemente un nuevo enfoque para lograr estabilidad, pulsos láser de alta tasa de repetición a través de DFWM, basado en un dispositivo de microfibra novedoso:un resonador de nudos de microfibra plasmónica híbrida (HPMKR). Su investigación de acceso abierto aparece en el último número de Fotónica avanzada .
Dado su fuerte campo evanescente, baja pérdida de inserción, y compatibilidad con sistemas ópticos totalmente de fibra, Los dispositivos basados en microfibras se utilizan ampliamente, especialmente para resonadores de microfibras. Con un diámetro significativamente pequeño y revestimiento de aire, Las microfibras ahusadas exhiben una alta no linealidad en comparación con las fibras monomodo comunes (SMF). Por ejemplo, Se calcula que el coeficiente no lineal γ de un trozo de microfibra con un diámetro de 2 μm es aproximadamente 50 veces mayor que el del SMF estándar (a 1550 nm).
El dispositivo clave de la obra, el HPMKR, incluye un resonador de nudos formado de microfibra ahusada que se une a un sustrato de vidrio con una superficie dorada y luego se empaqueta con polímero de polidimetilsiloxano (PDMS). Los factores Q prácticos de los resonadores de microfibra comunes están muy por debajo de 10 4 pero en este trabajo, Q se optimizó hasta cerca de 10 6 experimentalmente. Los fuertes polaritones de plasmón de superficie introducidos por la fina unión del oro hacen que el dispositivo muestre características de polarización prominentes; Se logró una pérdida máxima dependiente de la polarización (PDL) de 19,75 dB.
Láser HPMKR
En un próximo paso, el dispositivo HPMKR estaba integrado en una cavidad de láser de fibra de anillo estándar. El gran PDL de HPMKR condujo a una rotación de polarización no lineal (NPR) dentro de la cavidad del láser, produciendo pulsos de conmutación Q o de modo bloqueado con gran potencia instantánea para compensar no linealidades relativamente bajas y excitar DFWM en la microfibra. Por su función versátil en láseres de fibra, Los investigadores denominaron al esquema láser "DFWM estimulado por NPR".
El HPMKR no es solo un elemento polarizador de banda ancha, pero también un filtro de alta calidad y un elemento no lineal. El láser oscila en marcado contraste con todos los esquemas DFWM anteriores, donde se elimina la necesidad de elementos no lineales extremadamente altos. El dispositivo efectivamente baja el listón para lograr DFWM, eliminando la complejidad que obstaculizaba la fabricación de dispositivos de alta Q (millones). Se logró un tren de pulsos estable con tasas de repetición de 41,2 a 144,3 GHz a 1550 nm.
La investigación innovadora permite aplicaciones potenciales de resonadores de microfibra avanzados en los campos de la óptica láser y no lineal, particularmente debido a la estructura sucinta del HPMKR y la compatibilidad con todas las fibras.
