(a) Configuration et photo microscopique de HPMKR. (b) Spectres de transmission et mesure du facteur Q de HPMKR. (c) Schéma du laser HPMKR. WDM, multiplexeur à division de longueur d'onde; EDF, fibre dopée à l'erbium; PI-ISO, isolateur indépendant de la polarisation ; ordinateur, contrôleur de polarisation; OC, coupleur optique; AOS, analyseur de spectre optique; RSA, Analyseur de spectre RF. (d) (1-4) Spectres optiques du laser HPMKR avec des échantillons FSR-variés. Les traces d'autocorrélation correspondantes sont démontrées dans (5-8). Crédit :SPIE
Les lasers pulsés à taux de répétition élevé servent un large éventail d'applications, des communications optiques à la photonique micro-ondes et au-delà. La génération de trains d'impulsions optiques ultracourtes implique couramment le verrouillage de phases de modes de cavité laser longitudinaux. En 1997, un mécanisme basé sur le mélange dissipatif à quatre ondes (DFWM) a été démontré avec des composants clés comprenant des filtres en peigne et des éléments à haute non-linéarité. Depuis, des démonstrations de trains d'impulsions à taux de répétition élevé adoptant DFWM ont exploité divers types de filtres en peigne et de composants non linéaires.
En 2012, Peccianti et al. a proposé un laser à fibre ultrarapide stable à 200 GHz basé sur un résonateur à micro-anneau de silice qui sert de filtre en peigne intégré pour renforcer le verrouillage du mode DFWM. Mais le schéma en silice est coûteux et implique des pertes de couplage entre la fibre et le guide d'onde en silice. Par conséquent, un résonateur tout fibre à faible coût pour générer des impulsions laser à taux de répétition élevé en utilisant DFWM reste hautement souhaitable. Néanmoins, l'absence de forte non-linéarité dans les fibres optiques standard a été jusqu'à présent un obstacle important au déclenchement de la génération d'impulsions courtes à taux de répétition élevé.
Résonateur de nœuds en microfibre plasmonique hybride
Une équipe de chercheurs de l'Université de Nanjing et de l'Université de Shanghai a récemment démontré une nouvelle approche pour parvenir à une stabilité, impulsions laser à taux de répétition élevé via DFWM, basé sur un nouveau dispositif en microfibre :un résonateur à nœuds en microfibre plasmonique hybride (HPMKR). Leur recherche en libre accès apparaît dans le dernier numéro de Photonique avancée .
Compte tenu de leur fort champ évanescent, faible perte d'insertion, et la compatibilité avec les systèmes optiques tout fibre, les dispositifs à base de microfibres sont largement utilisés, en particulier pour les résonateurs en microfibres. Avec un diamètre et un revêtement d'air nettement réduits, les microfibres effilées présentent une non-linéarité élevée par rapport aux fibres monomodes (SMF) courantes. Par exemple, le coefficient non linéaire γ d'un morceau de microfibre de 2 µm de diamètre est calculé à environ 50 fois celui du SMF standard (à 1550 nm).
Le dispositif clé de l'œuvre, le HPMKR, comprend un résonateur à nœud formé de microfibre effilée qui est attaché à un substrat de verre avec une surface dorée, puis emballé avec un polymère polydiméthylsiloxane (PDMS). Les facteurs Q pratiques des résonateurs en microfibre courants sont bien inférieurs à 10 4 mais dans ce travail, Q a été optimisé jusqu'à près de 10 6 expérimentalement. Les forts polaritons de plasmon de surface introduits par la fine fixation de l'or font que le dispositif présente des caractéristiques polarisantes importantes; un affaiblissement dépendant de la polarisation (PDL) maximal de 19,75 dB a été obtenu.
Laser HPMKR
Dans une prochaine étape, le dispositif HPMKR a été intégré dans une cavité laser à fibre annulaire standard. Le grand PDL de HPMKR a conduit à une rotation de polarisation non linéaire (NPR) dans la cavité laser, produisant des impulsions à commutation Q ou à mode verrouillé avec une grande puissance instantanée pour compenser les non-linéarités relativement faibles et exciter le DFWM dans la microfibre. Pour son rôle polyvalent dans les lasers à fibre, les chercheurs ont appelé le schéma laser « DFWM stimulé par NPR ».
Le HPMKR n'est pas seulement un élément polarisant à large bande, mais aussi un filtre de haute qualité et un élément non linéaire. Le laser oscille en contraste frappant avec tous les schémas DFWM précédents, où la nécessité d'éléments non linéaires extrêmement élevés est supprimée. L'appareil abaisse efficacement la barre pour atteindre DFWM, éliminant la complexité qui empêchait la fabrication de dispositifs à Q élevé (millions). Un train d'impulsions stable avec des taux de répétition de 41,2 à 144,3 GHz à 1550 nm a été obtenu.
La recherche innovante permet des applications potentielles de résonateurs microfibres avancés dans les domaines du laser et de l'optique non linéaire, notamment en raison de la structure succincte du HPMKR et de sa compatibilité entièrement fibre.
