科学者が強烈な紫外線を実証

2023 年 8 月 23 日

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Light Publishing Center、長春光学研究所、精密機械物理学、CAS 著

高輝度超広帯域スーパーコンティニューム白色レーザーは、物理学、化学、生物学、材料科学、その他の科学技術分野でますます注目を集めています。 過去数十年にわたり、スーパーコンティニューム白色レーザー生成のために多くの異なるアプローチが開発されてきました。

そのほとんどは、微細構造のフォトニック結晶ファイバーまたは均質プレート、または希ガス充填中空コアファイバー内で発生する自己位相変調 (SPM) などのさまざまな 3 次非線形効果 (3rd-NL) を利用しています。 しかし、これらのスーパーコンティニューム源の品質には、ナノジュールレベルの小さなパルスエネルギーや複雑な分散工学の要求など、いくつかの制限がありました。

レーザーのスペクトル範囲を拡大するためのもう 1 つの強力な手段は、疑似位相整合 (QPM) スキームの有望なルートを介したさまざまな 2 次非線形効果 (2nd-NL) です。 ただし、これらの純粋な 2nd-NL スキームは、狭いポンプ帯域幅、限られた QPM 動作帯域幅、および高次高調波でのエネルギー変換効率の低下のため、スペクトルおよびパワー スケーリングのパフォーマンスが依然として不十分です。

率直に言って、2nd-NL と 3rd-NL の両方の体制に存在するこれらの悪い制限を解決し、紫外から中赤外範囲までのスペクトル範囲を備えたフルスペクトルのスーパーコンティニューム レーザーを生成するために両方の利点を最大限に活用することは、大きな課題となっています。 。

『Light: Science & Applications』に掲載された新しい論文の中で、中国の華南理工大学物理・光電子学部のZhi-Yuan Li教授率いる科学者チームとその同僚は、強烈な4オクターブの音を実証した。紫外-可視-赤外 (UV-Vis-IR) のフルスペクトル レーザー光源 (ピークから -25 dB で 300 nm ～ 5000 nm)、ガス充填中空のカスケード アーキテクチャからのパルスあたり 0.54 mJ のエネルギーを備えています。 -コアファイバー（HCF）、裸のニオブ酸リチウム（LN）結晶プレート、および特別に設計されたチャープ周期分極反転ニオブ酸リチウム結晶（CPPLN）。3.9 mm、3.3 mJの中赤外ポンプパルスによってポンピングされます。

3.3 mJ 3.9 μm 中赤外フェムト秒パルス レーザーのポンプ下で、HCF-LN システムは強力な 1 オクターブ帯域幅の中赤外レーザー パルスを生成して、CPPLN への二次 FW ポンプ入力として機能します。高効率のブロードバンド HHG プロセスにより、スペクトル帯域幅が UV-Vis-NIR までさらに大幅に拡張されます。 明らかに、このカスケード アーキテクチャは、フルスペクトルの白色レーザーを生成するための 2 つの前提条件を創造的に満たしています。条件 1、強力な 1 オクターブ ポンプ フェムト秒レーザー、および条件 2、非常に大きな周波数アップコンバージョン帯域幅を持つ非線形結晶です。 さらに、このシステムには 2nd-NL 効果と 3rd-NL 効果の相乗作用が大きく含まれています。

彼らが開発したこのような相乗メカニズムは、UV-Vis-IR スーパーコンティニュームスペクトル全体の優れた拡張を構築し、さまざまな HHG 間のスペクトルギャップを埋める優れた力をもたらし、2nd-NL または 3rd-NL のいずれか 1 つのアクションによって達成されるものをはるかに超えています。・過去作でも採用されていたNLエフェクト。

その結果、このようなカスケード接続された HCF-LN-CPPLN 光モジュールは、非常に広い帯域幅 (4 オクターブにわたる) だけでなく、平坦性の高いスペクトルを備えた、これまでアクセスできなかったレベルの強力なフルスペクトル レーザー出力へのアクセスを可能にしました。プロファイル (300 ～ 5000 nm、平坦性は 25 dB より良好)、および大きなパルス エネルギー (パルスあたり 0.54 mJ)。