Средняя инфракрасная область спектра в последнее десятилетие привлекла большой исследовательский интерес, поскольку она важна для многих биомедицинских и сенсорных приложений. Однако по-прежнему остается серьезной проблемой разработка компактных и настраиваемых волоконных источников света, работающих на длинах волн более 2 мкм.

Комбинационное рассеяние света — это нелинейный процесс, который можно использовать для генерации или усиления оптических сигналов в диапазонах длин волн, где традиционные источники света ограничены или недоступны. Таким образом, когда системы комбинационного рассеяния света построены на основе мощных лазеров и волноводов с широкими окнами пропускания, их можно использовать для перевода источников накачки из ближнего инфракрасного диапазона в средний инфракрасный диапазон, чтобы помочь заполнить пробелы в длинах волн в этой области.

В новой статье, опубликованной в Свет: наука и приложенияМеждународная исследовательская группа под руководством профессора Анны К. Пикок из Исследовательского центра оптоэлектроники Университета Саутгемптона, Великобритания, продемонстрировала высокие уровни рамановского усиления на длинах волн, выходящих за пределы 2 мкм, используя высоконелинейное волокно с кремниевой сердцевиной (SCF). ) Платформа.

По сравнению с планарными кремниевыми системами, SCF стали интересной платформой для комбинационного усиления среднего инфракрасного диапазона, поскольку они обеспечивают увеличенную длину распространения, низкие потери при распространении и эффективное соединение с волоконными лазерами. SCF, использованный в этой работе, был изготовлен методом волочения расплавленного стержня, который позволяет быстро производить волокна большой длины.

Затем волокно было подвергнуто постобработке с помощью процедуры сужения, которая способствует повышению нелинейных характеристик за счет оптимизации материала и размера сердцевины. Полученный SCF был получен с потерями передачи всего 0,2 дБ/см и постоянным диаметром конической перемычки микрометрового размера на длине 6 см.

Накачивая оптимизированный SCF волоконным лазером, легированным тулием, команда продемонстрировала рамановское излучение и усиление на длине волны 2,2 мкм. В случае стимулированного комбинационного усиления пиковое усиление ~30 дБ было достигнуто при мощности накачки всего ~10 мВт благодаря большому коэффициенту комбинационного усиления кристаллического материала сердцевины.

Важно отметить, что низкие потери SCF также открывают путь к расширению диапазона длины волны комбинационного рассеяния света до 4 мкм и выше посредством каскадных процессов. Эта работа представляет собой первую демонстрацию комбинационного рассеяния света в среднем инфракрасном диапазоне в любой кремниевой волноводной системе — как на оптоволокне, так и на основе чипа — и, таким образом, представляет собой решающий шаг на пути к разработке надежных, компактных и настраиваемых систем в этом спектральном диапазоне.