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May 19, 2023

Scientific Reports 6권, 기사 번호: 23759(2016) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

초평탄 초연속은 이중 클래드 Tm 도핑 광섬유 증폭기에서 생성됩니다. 두 가지 서로 다른 레이저 구성을 조사하고 비교합니다. 직접 출력 구성에서 초연속 스펙트럼의 장파장 가장자리는 740nm의 10dB 대역폭으로 2.65μm 이상으로 확장됩니다. 수동 피그테일 구성에서 생성된 초연속체는 1.98μm에서 2.41μm까지의 넓은 중앙 스펙트럼 범위에서 1dB보다 작은 강도 차이로 탁월한 평탄도를 제공합니다.

초연속체는 광대역 스펙트럼 특성이 많은 중요한 연구 분야와 실제 응용 분야에서 엄청난 잠재력을 약속하기 때문에 수십 년 동안 연구되어 왔습니다1,2,3. 지금까지 Yb 도핑 파이버 레이저4,5 및 Er 도핑 파이버 레이저6,7,8,9와 같은 다양한 펌프 소스를 사용하여 기존 단일 모드 파이버3,9, GeO2를 포함한 다양한 파이버에서 다양한 초연속 소스가 개발되었습니다. 섬유10,11,12, 고비선형 섬유13,14, 광결정 섬유5,15,16 및 ZBLAN 섬유17,18,19,20,21.

게다가, 활성 섬유, 특히 Tm 도핑된 섬유도 초연속체 생성을 위한 효과적인 매체인 것으로 밝혀졌습니다8,9,10,22,23,24. 그리고 Tm 도핑된 파이버 레이저의 빠른 개발과 함께 2μm 레이저 소스는 중적외선 초연속체 생성에 이상적인 펌프로서 비교할 수 없는 이점을 입증했습니다. Tm 도핑된 섬유는 2μm 레이저 소스의 이득 매질뿐만 아니라 초연속체 생성을 위한 비선형 매질로도 사용될 수 있으므로 Tm 도핑된 섬유 기반 초연속체 시스템이 바람직합니다. Tm 도핑된 섬유 기반 초연속체 시스템에서 초연속체 생성 프로세스는 Tm 이온의 3F4-3H6 및 3H4-3H5 전이가 스펙트럼 확장에 중요한 역할을 하기 때문에 수동 섬유에서 더 복잡한 물리적 메커니즘을 나타냅니다8,22,23,24. 25.

이미 2007년에 S. Kivisto와 그의 동료들은 1.95μm에서 2.25μm26 범위의 Tm/Ho 코드핑 광섬유 증폭기에서 초연속체 생성을 보고했습니다. 2013년에 J. Liu는 3단계 Tm 도핑 광섬유 증폭기의 고전력 초연속 소스를 시연했으며 스펙트럼 범위는 2.4μm27 이상으로 확장되었습니다. 이후 2014년에 VV Dvoyrin은 1단 증폭기만으로 장파장 측면을 2.5μm로 확장했습니다. 그러나 이러한 보고서에서는 생성된 초연속의 평탄도가 약 10dB의 강도 차이를 만족하지 못합니다.

이전 연구에서는 펄스 2μm 레이저 소스가 구축되었습니다. 이 보고서에서는 자체 개발한 2μm 레이저 소스를 시드로 활용하고 793nm LD를 펌프로 활용하여 초연속체 생성을 위한 Tm 도핑 광섬유 증폭기를 개발했습니다. 그리고 두 가지 서로 다른 초연속체 생성 구성, 즉 직접 출력 구성과 수동 피그테일 구성이 조사되었습니다. 직접 출력 구성에서 레이저 출력은 이중 클래드 Tm 도핑 광섬유의 출력 끝에서 직접 측정됩니다. 다르게, 피그테일 구성에서는 수동 광섬유 섹션이 이중 클래드 Tm 도핑 광섬유의 출력 끝에 연결됩니다. 그리고 레이저 출력은 수동 광섬유의 각도 절단 출력 끝에서 기록됩니다. 초연속은 두 방식 모두에서 관찰되지만 특성은 다릅니다. 직접 출력 구성에서 생성된 초연속체의 3dB 대역폭은 약 600nm에 도달하는 반면, 피그테일 구성에서는 1.98부터 넓은 중심 스펙트럼 범위에서 단 0.87dB의 강도 차이로 초편평 초연속체가 달성됩니다. μm ~ 2.41μm.

레이저 시스템에서 활용된 펄스형 2μm 레이저 시드는 20kHz에서 100kHz까지 조정 가능한 반복률로 최대 1.1W의 출력을 갖습니다. 반복 속도인 20kHz에서 시드는 이득 전환 모드 잠금 모드29,30,31에서 작동합니다. 여기서 100ns 이득 전환 엔벨로프에는 지속 시간이 약 8ns인 수십 개의 하위 펄스가 포함되어 있습니다. 더 높은 반복 속도에서 시드는 약 50ns의 펄스 지속 시간으로 게인 전환 모드에서 작동합니다. 증폭 섬유는 7m 길이의 이중 클래드 Tm 도핑 섬유(Nufern, 10P/130)로, 793nm에서 흡수 계수가 약 3dB/m입니다. 육각형 섬유 코어의 NA는 0.15이고 코어 직경은 10μm입니다. 섬유의 클래딩 직경은 130μm입니다.