Високояскравий ультраширокосмуговий суперконтинуальний білий лазер привертає все більше уваги у фізиці, хімії, біології, матеріалознавстві та інших наукових і технологічних дисциплінах. За останні десятиліття було розроблено багато різних підходів для генерації суперконтинуального білого лазера.
У більшості з них використовуються різні нелінійні ефекти третього порядку (3rd-NL), такі як фазова самомодуляція (SPM), що виникає в мікроструктурованих фотонно-кристалічних волокнах або гомогенних пластинах або заповнених благородним газом порожнистих волокнах. Однак якість цих джерел суперконтинууму підлягає певним обмеженням, таким як мала енергія імпульсу на рівні наноджоулів і вимога складної дисперсійної техніки.
Іншим більш потужним засобом для розширення спектрального діапазону лазера є різноманітні нелінійні ефекти другого порядку (2nd-NL) за допомогою багатообіцяючої схеми квазіфазового узгодження (QPM). Однак ці чисто схеми 2-го NL все ще мають низьку продуктивність спектрального масштабування та масштабування потужності через вузьку смугу накачування, обмежену робочу смугу QPM і погіршену ефективність перетворення енергії у гармоніках вищого порядку.
Відверто кажучи, усунути ці погані обмеження, які існують у режимах 2nd-NL і 3rd-NL, і зробити найкраще з обох світів для виробництва повноспектрального суперконтинуального лазера зі спектральним охопленням від УФ до середнього ІЧ-діапазону стало великим викликом.
У новій статті, опублікованій у Light: Science & Applications, команда вчених на чолі з професором Чжи-Юанем Лі зі Школи фізики та оптоелектроніки Південнокитайського технологічного університету (Китай) та його колегами продемонстрували інтенсивну чотириоктавну охоплює ультрафіолетове, видиме, інфрачервоне (УФ-видиме-ІЧ) лазерне джерело повного спектра (від 300 нм до 5000 нм при -25 дБ від піка) з енергією 0,54 мДж на імпульс, що надходить від каскадної архітектури заповненої газом порожнини волокно з серцевиною (HCF), кристалічна пластина з оголеним ніобатом літію (LN) і спеціально розроблений кристал ніобату літію з періодичними полюсами (CPPLN), який накачується імпульсом накачування середнього ІЧ-діапазону 3,9 мм і 3,3 мДж.
Під накачуванням фемтосекундного імпульсного лазера середнього ІЧ-діапазону 3,3 мДж і 3,9 мкм система HCF-LN може генерувати інтенсивний лазерний імпульс середнього ІЧ-діапазону в одну октаву, який служить вторинним входом накачування FW в CPPLN, тоді як CPPLN підтримує високоефективні широкосмугові процеси HHG для подальшого значного розширення спектральної смуги в UV-Vis-NIR. Очевидно, що ця каскадна архітектура творчо задовольняє дві передумови для генерації білого лазера з повним спектром: Умова 1, інтенсивний фемтосекундний лазер з однооктавною накачуванням, і Умова 2, нелінійний кристал з надзвичайно великою смугою частоти підвищення частоти. Крім того, система передбачає значну синергетичну дію ефектів 2-го НЛ і 3-го НЛ.
Такий механізм синергії, який вони розробили, забезпечує чудову потужність для створення чудового розширення загального спектру суперконтинууму UV-Vis-IR та заповнення спектральних прогалин між різними HHG, що значно перевищує ті, що досягаються одноразовою дією 2-го NL або 3-го. -NL ефекти, які були прийняті в попередніх роботах.
Як наслідок, такий каскадний оптичний модуль HCF-LN-CPPLN забезпечив доступ до раніше недоступного рівня інтенсивного лазерного випромінювання з повним спектром не лише з надзвичайно великою смугою пропускання (охоплює 4 октави), але й із високою рівномірністю спектру. профіль (від 300 до 5000 нм з рівномірністю краще 25 дБ), і велика енергія імпульсу (0,54 мДж на імпульс).
«Ми вважаємо, що наша схема створення інтенсивного фемтосекундного лазерного джерела повного спектра ультрафіолетового та видимого інфрачервоного випромінювання з діапазоном чотирьох октав шляхом використання синергічної дії ефектів HHG 2nd-NL і SPM 3rd-NL є великим кроком у побудові джерело білого суперконтинууму з більшою смугою пропускання, більшою енергією потужності, вищою спектральною яскравістю та більш плоским спектральним профілем. Такий інтенсивний фемтосекундний лазер повного спектра стане революційним інструментом для оптичної спектроскопії та знайде потенційне застосування у фізиці, хімії, біології, матеріалознавстві, інформаційні технології, промислова переробка та моніторинг навколишнього середовища», – розповідають науковці.