فوتونیک فوق‌سریع، اپتیک غیرخطی و منابع پارامتری نوری.

منابع فوق‌سریع در ناحیه مرئی

OPO فمتوثانیه با دوبرابرکردن فرکانس درون‌کاواک

یک OPO فمتوثانیه مبتنی بر PPLN که با لیزر Ti:sapphire با نرخ تکرار ۷۶ مگاهرتز پمپ می‌شد توسعه یافت و پالس‌های سیگنال فروسرخ آن درون کاواک با استفاده از BIBO دوبرابر فرکانس شدند.

ترکیب بهره غیرخطی بالا و پهنای پذیرش مناسب PPLN و BIBO، پوشش پیوسته ناحیه ۶۶۵ تا ۷۸۵ نانومتر را ممکن ساخت. توان خروجی تا حدود ۲۶۰ میلی‌وات و طول پالس قرمز تا حدود ۱۴۰ فمتوثانیه به دست آمد.

یکی از ویژگی‌های مهم سامانه این بود که تنظیم طول موج عمدتاً با تغییر تأخیر کاواک OPO انجام می‌شد و نیاز به تنظیم مداوم دمای PPLN، زاویه تطبیق فاز BIBO یا طول موج پمپ نبود.

فمتوثانیه در محدوده گیگاهرتز

نوسان‌سازهای پارامتری با نرخ تکرار هارمونیکی

در بخش دیگری از پژوهش، برای افزایش نرخ تکرار SPOPO به‌جای افزایش مستقیم نرخ تکرار لیزر پمپ، طول کاواک OPO بیش از طول بنیادی کاواک هم‌زمان انتخاب شد.

با این روش، خروجی در هارمونیک‌های متوالی پمپ ۷۶ مگاهرتزی ایجاد شد و عملکرد تا هارمونیک سیزدهم، معادل ۹۸۸ مگاهرتز با پالس‌های فمتوثانیه نزدیک به حد تبدیل حاصل شد.

با جبران پاشندگی درون کاواک به کمک یک جفت منشور SF11، خروجی پایدار تا هارمونیک چهاردهم، معادل ۱۰۶۴ مگاهرتز ایجاد شد و در عین حال قابلیت تنظیم طول موج در ناحیه مخابراتی حدود ۱٫۵ میکرومتر حفظ شد.

منابع پیکوثانیه چندگیگاهرتزی

تولید پالس پارامتری با نرخ تکرار ۱۶ گیگاهرتز

مفهوم نرخ تکرار هارمونیکی به یک سامانه پیکوثانیه با پمپاژ لیزر فیبری Yb با نرخ ۸۱ مگاهرتز نیز گسترش یافت.

این OPO پالس‌های پیکوثانیه با نرخ حدود ۱۶ گیگاهرتز، نزدیک به هارمونیک ۱۹۸ پمپ، و توان متوسط حدود ۶۵۰ میلی‌وات تولید کرد.

خروجی تقریباً در محدوده ۱٫۴۵ تا ۱٫۷۵ میکرومتر قابل تنظیم بود و نشان داد که می‌توان بدون نیاز به لیزر پمپ چندگیگاهرتزی، یک منبع فوق‌سریع با نرخ تکرار بسیار بالا ایجاد کرد.

توان بالا در فروسرخ نزدیک و میانی

OPO پیکوثانیه با پمپاژ لیزر فیبری Yb

یکی دیگر از محورهای اصلی پژوهش، افزایش توان با استفاده از بلور ۵۰ میلی‌متری MgO:PPLN و پمپاژ هم‌زمان توسط پالس‌های ۲۰٫۸ پیکوثانیه‌ای لیزر فیبری Yb با نرخ ۸۱٫۱ مگاهرتز بود.

این سامانه به‌طور هم‌زمان ۷٫۱ وات سیگنال در ۱٫۵۶ میکرومتر و ۴٫۶ وات آیدلر در ۳٫۳۳ میکرومتر تولید کرد؛ یعنی در مجموع ۱۱٫۷ وات توان متوسط خروجی با بازده استخراج حدود ۷۳ درصد.

تنظیم طول موج تقریباً ۱٫۴۳ تا ۱٫۶۳ میکرومتر برای سیگنال و ۳٫۰۶ تا ۴٫۱۶ میکرومتر برای آیدلر امکان‌پذیر بود و خروجی، پروفایل فضایی تک‌مد و پایداری توان مناسبی داشت.

بهینه‌سازی توان

کوپلینگ خروجی متغیر مبتنی بر تداخل‌سنج

در بسیاری از نوسان‌سازهای نوری از یک کوپلر خروجی ثابت استفاده می‌شود، در حالی که مقدار بهینه کوپلینگ به توان پمپ، طول موج و تلفات درون کاواک وابسته است.

برای حل این مسئله، یک تداخل‌سنج حلقوی آنتی‌رزونانسی به‌عنوان کوپلر خروجی پیوسته‌متغیر معرفی شد که امکان تغییر کوپلینگ تقریباً از ۱ تا ۶۰ درصد را در یک گستره طیفی وسیع فراهم می‌کرد.

در OPO فمتوثانیه، تنظیم کوپلینگ در حدود ۳۰ درصد بیش از دو برابر کوپلر معمولی با عبور کم، توان استخراج‌شده ایجاد کرد، بدون آن‌که کیفیت فضایی پرتو یا مدت پالس افت محسوسی پیدا کند.

این روش سپس به OPOهای حلقوی پرتوان و به مطالعات دقیق‌تر بهینه‌سازی توان در سامانه‌های پیکوثانیه با پمپاژ لیزر فیبری گسترش یافت.

مواد اپتیکی غیرخطی

BIBO و تبدیل فرکانس فمتوثانیه

در یک مطالعه جامع نیز در بررسی تری‌بورات بیسموت، BiB₃O₆ یا BIBO به‌عنوان یک ماده غیرخطی برای تبدیل فرکانس منابع فوق‌سریع مشارکت داشتم.

این مطالعه ویژگی‌های اپتیکی خطی و غیرخطی، پیکربندی‌های تطبیق فاز، عدم‌تطابق سرعت گروهی، پذیرش طیفی و زاویه‌ای، پهنای بهره پارامتری، پاشندگی سرعت گروهی و walk-off فضایی را بررسی می‌کرد.

این پارامترها برای انتخاب بلور و هندسه مناسب در تبدیل فرکانس با بازده بالا و در عین حال حفظ طول پالس کوتاه و کیفیت فضایی پرتو اهمیت اساسی دارند.