فیبر هسته میان‌تهی پرشده از نیتروژن، طیف لیزری را به ناحیه فروسرخ منتقل می‌کند
محققان موسسه بین المللی تحقیقات علمی شهر کبک کانادا، روشی را برای تنظیم طیف لیزر در محدوده فروسرخ معرفی کردند. تیمی به سرپرستی لوکا رزاری با همکاری شرکای بین‌المللی، اعلام کردند از فیبر نوری با هسته میان‌تهی پر شده از نیتروژن به منظور ارائه پالس‌های اپتیکی، که کوتاه‌تر از پالس لیزری ورودی است و کیفیت فضایی بالایی دارد، استفاده می‌کنند.
فناوری‌های لیزر فوق‌سریع موجود در محدوده فروسرخ کوک‌پذیر نیستند، یا به راحتی قابل کوک شدن نیستند. بنابراین برای جابه‌جایی طول موج‌های گسیلی به فرایندها، مراحل و یا اجزای غیرخطی نیاز دارند.
به طور معمول، فیبر هسته میان‌تهی حاوی گازهای تک‌اتمی مانند آرگون هستند که به طور متقارن یک طیف لیزری را گسترش می‌دهند و سپس آن‌ها را دوباره به پالس‌های اپتیکی فشرده تبدیل می‌کنند. محققان نشان دادند كه اگرچه یك فیبر مویینه پرشده از نیتروژن قادر است طیف لیزر را گسترش دهد، اما در این حالت طیف به سمت طول موج فروسرخ كم انرژی تغییر جهت می‌دهد. این واکنش یک پاسخ غیرخطی است که در اثر چرخش مولکول‌های گاز ایجاد می‌شود، به این معنی که دانشمندان می‌توانند فشار گاز موجود در فیبر را به راحتی کنترل کنند.
شکل- یک پالس اپتیکی لیزری (آبی) از سمت چپ به فیبر هسته میان‌تهی پر شده با گاز نیتروژن (مولکول های قرمز) وارد می شود و همراه با انتشار، طیفی در حال گسترش به سمت طول موج های بلندتر را تجربه می‌کند، که به‌شکل یک پرتوی خروجی نارنجی (سمت راست) نشان داده می‌شود. این پدیده غیرخطی ناشی از اثر رامان، مربوط به چرخش مولکول‌های گاز در زیر میدان لیزر است، طرحی از این پدیده در پایین تصویر نشان داده شده است.
پس از پهن‌شدگی پرتو (حرکت به سمت فروسرخ)، محققان طیف خروجی را فیلتر کردند تا روی باند مورد نیاز خود باقی نگه دارند. انرژی در این روش با بازدهی قابل توجهی که با تقویت‌کننده پارامتریک نوری[1] قابل مقایسه است، در پالسی که سه مرتبه کوتاه‌تر از پالس ورودی است به محدوده طیفی نزدیک فروسرخ منتقل می‌شود.
تقویت‌کننده پارامتریک نوری ابزاری تثبیت شده است که می‌تواند به پنجره فروسرخ منتقل شود. همچنین سیستم‌های تقویت‌کننده پارامتریک نوری به طور گسترده‌ای کوک‌پذیر هستند. سیستم‌های تقویت‌کننده پارامتریک نور پیچیده هستند، اما اغلب از چندین مرحله مشخص تشکیل شده اند.
این روش جدید برای دستیابی به عملکرد مطلوب خود نه به دستگاه‌های خارجی نیاز دارد و نه به یک سیستم پسا فشرده‌سازی اضافی.
تحقیقات مشابهی توسط دانشمندان مستقر در وین، آندریوس بالتوسکا و پائولو کارپگیانی انجام شد. آن‌ها از فرآیندی استفاده کردند که فیبرنوری هسته میان‌تهی را با آینه‌ها فشرده می‌کند، که به جای فرآیند فیلتر کردن طیف، در راستای تنظیم فاز پالس گسترش یافته عمل می‌کند. اگرچه جابه‌جایی در ناحیه فروسرخ در سیستم کاهش داشت و به اندازه ارائه تیم کانادایی قوی نبود، اما پالس حاصل بسیار کوتاه‌تر بود. این تیم مدعی است شدت پالس جدید آن را برای فیزیک آتوثانیه و میدان قوی مناسب کرده است.
پس از کشف شباهت‌های پدیده‌های مطرح شده توسط دو تیم، ایشان تجارب خود را ادغام کردند؛ سپس تیم سوم، به رهبری الكسی ژلتیكف مستقر در مسكو، مدلی نظری با هدف توضیح نتایج ایجاد كرد.
این تیم که متشکل از سه بخش است، معتقد است که این روش جدید می‌تواند تقاضاهای مورد نیاز برای منابع فوق‌کوتاه با طول‌موج بلند را در هر دو کاربرد، لیزر و میدان قوی فراهم کند. کاربردهای فیزیک میدان قوی، از جمله کارهای مبتنی بر لیزر است که شامل تولید هارمونیک مرتبه بالا، طیف‌سنجی فوتوالکترون، فیزیک پلاسما و میکروماشین می‌شود. این گروه سیستم‌های کوک‌پذیر با درجه صنعتی مبتنی بر فناوری لیزر ایتربیوم را به عنوان یکی دیگر از کاربردهای این تحقیق شناسایی کرد.
شورای تحقیقات علوم طبیعی و مهندسی کانادا[2]، پرومپت[3] یک سازمان غیرانتفاعی مستقر در مونترال که به تسهیل مشارکت‌ها و بودجه تحقیق و توسعه بین مشاغل و بخش تحقیقات عمومی اختصاص دارد، صندوق علوم اتریش[4]، بنیاد تحقیقات اساسی روسیه[5]، بنیاد ولچ و بنیاد علمی روسیه از این تحقیق حمایت کردند.
Reference:
https://www.osapublishing.org/optica/fulltext.cfm?uri=optica-7-10-1349&id=440927
Source: https://www.photonics.com/Articles/Nitrogen-Filled_Hollow-Core_Fiber_Moves_Laser/a66282
[1] Optical Parametric Amplifier
[2] Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada: NSERC
[3] Prompt
[4] Austrian Science Fund: FWF
[5] Russian Foundation for Basic Research: RFBR