超連續譜源是全光纖脈衝(chong) 激光驅動係統，在超寬帶光譜範圍內(nei) 提供高功率譜密度。通過線性和非線性過程的複雜相互作用，產(chan) 生寬帶、明亮和光譜平坦超連續體(ti) 的定製過程zui近已進一步向更長的波長推進，並已發展到足以進入中紅外(中紅外)光譜學領域。在這項工作中，我們(men) 回顧了這項技術的現狀和前景，該技術提供了類似激光的發射特性和與(yu) 熱發射器相當的瞬時寬帶光譜覆蓋。
中紅外超連續介質技術
摘要：超連續譜源是全光纖脈衝(chong) 激光驅動係統，在超寬帶光譜範圍內(nei) 提供高功率譜密度。通過線性和非線性過程的複雜相互作用，產(chan) 生寬帶、明亮和光譜平坦超連續體(ti) 的定製過程zui近已進一步向更長的波長推進，並已發展到足以進入中紅外(中紅外)光譜學領域。在這項工作中，我們(men) 回顧了這項技術的現狀和前景，該技術提供了類似激光的發射特性和與(yu) 熱發射器相當的瞬時寬帶光譜覆蓋。
現代中紅外超連續光譜激光源是光纖激光器的一個(ge) 突出代表。中紅外超連續提供瞬時超寬帶光譜覆蓋(超過一個(ge) 八度)。超連續譜的產(chan) 生過程源於(yu) 強脈衝(chong) 在光纖中傳(chuan) 播過程中線性和非線性過程的複雜齧合和共同作用。根據泵浦方案、材料參數、光纖幾何形狀、色散狀態和輸入脈衝(chong) 持續時間的不同，導致光譜展寬的現象和機製的集合可以顯著變化，某些過程可以主導或被其他過程抑製。超連續譜產(chan) 生過程的主要非線性因素是:受激拉曼散射、自相位調製、四波混合、調製不穩定性、交叉相位調製、孤子動力學(孤子裂變和孤子自頻移)和色散波的產(chan) 生。
盡管超連續譜生成背後有複雜的基礎物理學，但中紅外超連續譜生成的實際實現相對簡單。圖1說明了這一點，並描述了商用氟纖維(InF3)超連續介質發生器的概念原理和係統架構。開發了如圖1所示的係統。
圖1所示。基於(yu) InF3光纖係統的中紅外超連續介質源的基本方案和工作原理示例:所示發射光譜對應於(yu) 商用超連續介質發生器(Thorlabs, SC4500，光纖長度為(wei) 50厘米，重複頻率為(wei) 50 MHz，平均輸出功率為(wei) 300 mW);模擬了泵浦脈衝(chong) 在200 cm長度InF3光纖上的光譜演化，說明了泵浦脈衝(chong) 的產(chan) 生機製。
超連續介質源的泵浦係統是基於(yu) 高峰值功率飛秒鎖模光纖激光器。激光輻射的光譜範圍為(wei) 光通信波長1550nm，該波長的光學技術較為(wei) 發達。發射的激光脈衝(chong) (重複頻率為(wei) 50 MHz)由摻鉺光纖放大器放大並發射到非線性光纖中，該光纖將脈衝(chong) 能量傳(chuan) 輸到1.9µm光譜範圍，對應於(yu) 所設計的氟化光纖的零色散波長。第二個(ge) 放大階段意味著使用以下正向摻銩包層泵浦光纖放大器(793 nm泵浦二極管)在大約2 μ m的光譜範圍內(nei) 提高光功率(達到0.5 W平均功率水平)。為(wei) 了補償(chang) 摻tm光纖和傳(chuan) 輸光纖的異常群速度色散，在泵浦係統中預先使用色散補償(chang) 光纖來處理超連續譜產(chan) 生的光脈衝(chong) 的時頻自適應。因此，由孤子串組成的移位和頻譜預加寬脈衝(chong) 被耦合到50厘米長的InF3光纖中，在那裏發生了大量的加寬。產(chan) 生的光譜範圍為(wei) 1.25 μ m至4.6 μ m的超連續譜輻射zui終由輸出離軸拋物麵鏡準直。
圖1所示的係統舉(ju) 例說明了超連續譜產(chan) 生的壯觀現象——一個(ge) 相對狹窄、高功率的近紅外激光線如何被轉換成超寬帶和明亮的近紅外和中紅外輸出。盡管方案、光纖類型和設計(例如，由於(yu) 色散分布的變化，芯徑的微小變化可能導致發射光譜的顯著變化)、泵浦參數(持續時間、峰值功率、相對於(yu) 零色散點的波長、偏振)、放大級的數量和實現可能會(hui) 有所不同，但涉及泵浦激光器和非線性光纖的現代超連續譜生成的基本原理是保留的。以同樣的方式，通常高輸出功率(平均功率水平通常從(cong) 100兆瓦到瓦)，高光束質量(通常M2≤1.1)和脈衝(chong) 性質也被保持。
從(cong) 中紅外光譜儀(yi) 器和国产成人在线观看免费网站的角度來看，中紅外超連續光譜源提供的峰值功率(典型的脈衝(chong) 持續時間在ps和次ns範圍內(nei) )可以顯著增強脈衝(chong) 測量模式下的檢測，保持低平均功率，從(cong) 而降低熱負荷。国产成人在线观看免费网站快速檢測係統和合適的脈衝(chong) 積分器，如鎖相放大器或車廂門控平均器，可以利用峰值增益(峰值與(yu) 平均功率的比值，但受探測器響應時間的限製)。這裏可以注意到，近紅外純連續波(CW)超連續譜的實現已被報道，但由於(yu) 生成效率低(非線性過程的效率受到微薄的CW功率的抑製)、擴寬不良、對極高平均功率泵浦的要求以及km長的光纖導致後續挑戰，因此尚未得到證實和商業(ye) 化。
除了激光特性外，超連續輻射還有獨特的相幹特性。超連續譜是在光纖的引導模式下產(chan) 生的(通常是單模)，因此超連續譜發生器保持了種子泵激光器的高空間相幹性，從(cong) 而產(chan) 生了高亮度和類激光聚焦特性。然而，由於(yu) 光譜的ji端展寬，時間相幹性正在與(yu) 空間相幹性解耦，並在生成過程中發生變化:超連續光譜光表現出典型的低時間相幹性(接近熱光源的極短相幹長度)。圖2旨在說明這些點，展示了商用係統(基於(yu) Leukos InF3光纖的源)的典型發射光譜和相應的FTIR幹涉圖(即場自相關(guan) )。圖2(b)采用希爾伯特變換法確定相幹長度。用得到的信封提取全寬度的一半zui大值;由於(yu) 超連續介質源的結構略不對稱，因此還對幹涉圖包絡進行了高斯擬合。測量使用商用FTIR光譜儀(yi) (Bruker Optics, Vertex 70)進行，默認采集參數(平均12個(ge) 光譜，4 cm-1分辨率，1 kHz鏡像頻率)。一個(ge) 箱車集成(蘇黎世儀(yi) 器，UHFLI)被用來解調信號。
因此，這些特定的相幹性和光譜特性產(chan) 生了一個(ge) 獨特的發射器，這在各種中紅外光譜国产成人在线观看免费网站中是非常有趣的。超連續鏡消除時間幹擾偽(wei) 影並保持衍射有限的性能，例如在高光譜成像和微光譜學中。由於(yu) 這些原因，這些光源在中紅外光譜之外也引起了極大的興(xing) 趣，例如在紅外光學相幹層析成像中。
| (a) 基於Leukos InF3光纖的中紅外發射光譜 (使用2.4 μ m邊通濾波器)(重複頻率250khz，平均輸出功率650mw) | (b) FTIR幹涉圖:(左)對應於熱發射器(a)和(右)所示的超連續光譜發射;自相關函數分析(使用希爾伯特變換)用於獲取實際相幹長度 |
圖2所示。商業(ye) 超連續體(ti) 發射器的發射特性:(a)中紅外發射光譜(大氣水蒸氣和CO2導致特征吸收特征)和(b)時間相幹特性(常規熱發射器的幹涉圖供參考)。
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