과학자들은 강렬한 자외선을 보여줍니다

2023년 8월 23일

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작성자: Light Publishing Center, 창춘 광학 연구소, 정밀 역학 및 물리학, CAS

고휘도 초광대역 초연속 백색 레이저는 물리학, 화학, 생물학, 재료 과학 및 기타 과학 기술 분야에서 점점 더 많은 관심을 끌고 있습니다. 지난 수십 년 동안 초연속 백색 레이저 생성을 위한 다양한 접근 방식이 개발되었습니다.

대부분은 미세 구조의 광결정 섬유나 균질판, 희가스 충전 중공 코어 섬유 내에서 발생하는 자체 위상 변조(SPM)와 같은 다양한 3차 비선형 효과(3rd-NL)를 활용합니다. 그러나 이러한 초연속 소스의 품질에는 나노줄 수준의 작은 펄스 에너지 및 복잡한 분산 엔지니어링 요구와 같은 몇 가지 제한 사항이 적용되었습니다.

레이저의 스펙트럼 범위를 확장하는 또 다른 더 강력한 수단은 유망한 QPM(Quasi-Phase Matching) 방식을 통한 다양한 2차 비선형 효과(2nd-NL)입니다. 그러나 이러한 순수 2차 NL 방식은 좁은 펌프 대역폭, 제한된 QPM 작동 대역폭 및 고차 고조파의 에너지 변환 효율 저하로 인해 스펙트럼 및 전력 스케일링 성능이 여전히 열악합니다.

솔직히 말하면, 2차 NL과 3차 NL 체제에 존재하는 이러한 나쁜 한계를 해결하고 UV에서 중간 IR 범위까지 스펙트럼 범위를 갖는 전체 스펙트럼 초연속 레이저를 생산하기 위해 두 세계를 최대한 활용하는 것은 큰 도전이 되었습니다. .

중국 남중국공과대학 물리 및 광전자공학부 Zhi-Yuan Li 교수와 동료들이 이끄는 과학자 팀은 Light: Science & Application에 발표된 새로운 논문에서 강렬한 4옥타브를 시연했습니다. 가스로 채워진 중공의 계단식 구조에서 나오는 펄스당 0.54mJ의 에너지를 사용하는 자외선-가시광선-적외선(UV-Vis-IR) 전체 스펙트럼 레이저 소스(피크에서 -25dB에서 300nm ~ 5000nm) -핵심 섬유(HCF), 베어 니오브산 리튬(LN) 수정판, 그리고 특별히 고안된 처프 주기적 극성 리튬 니오베이트 결정(CPPLN)은 3.9mm, 3.3mJ 중적외선 펌프 펄스로 펌핑됩니다.

3.3mJ 3.9μm 중적외선 펨토초 펄스 레이저 펌프에서 HCF-LN 시스템은 강력한 1옥타브 대역폭 중적외선 레이저 펄스를 생성하여 CPPLN에 대한 보조 FW 펌프 입력 역할을 할 수 있으며 CPPLN은 지원합니다. 고효율 광대역 HHG 공정을 통해 스펙트럼 대역폭을 UV-Vis-NIR로 크게 확장합니다. 분명히 이 계단식 아키텍처는 전체 스펙트럼 백색 레이저를 생성하기 위한 두 가지 전제 조건, 즉 강력한 1옥타브 펌프 펨토초 레이저인 조건 1과 매우 큰 주파수 상향 변환 대역폭을 갖는 비선형 결정인 조건 2를 창의적으로 충족합니다. 더욱이, 이 시스템은 2nd-NL과 3rd-NL 효과의 상당한 시너지 효과를 수반합니다.

그들이 개발한 이러한 시너지 메커니즘은 전체 UV-Vis-IR 초연속 스펙트럼의 탁월한 확장을 구축하고 2차 NL 또는 3차의 단일 작업으로 달성한 것보다 훨씬 뛰어난 다양한 HHG 간의 스펙트럼 간격을 메울 수 있는 뛰어난 성능을 제공합니다. - 전작에서 채용되었던 NL 이펙트.

결과적으로 이러한 계단식 HCF-LN-CPPLN 광학 모듈을 사용하면 매우 큰 대역폭(4옥타브에 걸쳐)뿐만 아니라 높은 평탄도 스펙트럼을 통해 이전에는 접근할 수 없었던 강력한 전체 스펙트럼 레이저 출력 수준에 액세스할 수 있습니다. 프로파일(300~5000nm, 평탄도 25dB 이상) 및 큰 펄스 에너지(펄스당 0.54mJ).