ZBLAN光子晶體光纖用於產生深紫外至中紅外超連續光譜

2021-01-18 FibersHUST

    基於石英的光子晶體光纖在產生超連續光譜方面非常成功，然而熔融石英玻璃在中紅外具有較強的材料吸收能力以及與紫外線有關的光學損傷，限制了紫外線的性能和壽命。目前，許多替代玻璃已被用於擴展其性能，如硫族化物、重金屬氧化物等，但沒有一種可以擴展其紫外性能。2015年，馬克斯.普朗克光科學研究所的Xin Jiang團隊在Nature Photonics上發表了題為「Deep-ultraviolet to mid-infrared supercontinuum generated in solid-core ZBLAN photonic crystal fibre」的研究論文，該團隊使用疊放技術成功製造ZBLAN光子晶體光纖，在200-2500 nm範圍內產生了長期穩定的超連續譜。

圖 1 測量計算的ZBLAN PCF參數及用於超連續譜生成的實驗設置

     氟化鋯基(ZBLAN)玻璃在0.2-7.8 μm範圍內透明(圖 1f)，具有很低的衰減，然而由於除雜方法的缺失以及陡峭的粘度-溫度特性，高質量的ZBLAN纖維的製備十分困難。該團隊通過堆疊拉伸的方法製備ZBLAN光子晶體光纖，纖維橫截面如圖 1a-c所示。

    當向光纖中發射脈衝時，會產生至少一個八度的超連續譜，相反，當將光發射到包層的單個間隙連接處時，許多光產生了超過三個八度的超連續譜，考慮兩個間隙連接(結A、B)，由於嚴格的模態限制引起的強波導色散導致他們都具有兩個零色散波長(ZDW)，且都是雙折射的(圖 1d)。基於此，研究團隊搭建了如圖 1e所示的實驗裝置，泵浦雷射器在1042 nm處發射持續時間為140 fs的脈衝，脈衝頻率為75 MHz。

           

圖 2 在結A和B處產生實驗性超連續譜

基於上述實驗系統，測試得到，泵浦結A具有830 pJ的發射脈衝能量(圖 2a），產生了一個大於三個八度的超連續譜，範圍從200 nm擴展到1750 nm，深至近紫外光，且包含超連續譜中總功率的10%以上；幾種不同波長處的進場模式分布如圖 2b，表明發射處於基本模式，圖 2c中藍白色帶則為紫外線導致的屏幕光致發光。以最大可用能量泵送間隙結B(圖 2d)，超連續譜可從400 nm延伸到2500 nm，且保持較好的平坦度。

總之，ZBLAN光子晶體光纖為在簡單系統中生成超寬超連續譜開闢了新的可能性。

參考文獻：

Jiang, X.,Joly, N., Finger, M. et al. Deep-ultravioletto mid-infrared supercontinuum generated in solid-core ZBLAN photonic crystalfibre. Nature Photon 9, 133–139 (2015).

DOI：10.1038/nphoton.2014.320

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編   輯 | 鄧雅婷(20級博士)、陳文玲(20級碩士)

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