Lasers pulsados ​​de alta taxa de repetição atendem a uma ampla gama de aplicações, de comunicações ópticas a fotônica de micro-ondas e muito mais. A geração de trens de pulsos ópticos ultracurtos comumente envolve fases de bloqueio dos modos de cavidade do laser longitudinal. Em 1997, um mecanismo baseado na mistura dissipativa de quatro ondas (DFWM) foi demonstrado com componentes-chave compreendendo filtros comb e elementos de alta não linearidade. Desde então, demonstrações de trens de pulso de alta taxa de repetição adotando DFWM exploraram vários tipos de filtros de pente e componentes não lineares.

Em 2012, Peccianti et al. propôs um laser de fibra ultrarrápido de 200 GHz estável com base em um ressonador de microrronância de sílica que serve como um filtro de pente integrado para aumentar o bloqueio do modo DFWM. Mas o esquema de sílica é caro e envolve perda de acoplamento entre a fibra e o guia de ondas de sílica. Portanto, um ressonador de baixo custo todo em fibra para gerar pulsos de laser de alta taxa de repetição usando DFWM permanece altamente desejável. No entanto, a ausência de não linearidade forte nas fibras ópticas padrão tem sido uma barreira significativa para o desencadeamento da geração de pulsos curtos com alta taxa de repetição - até agora.

Ressonador híbrido de nó de microfibra plasmônica

Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Nanjing e da Universidade de Xangai demonstrou recentemente uma nova abordagem para alcançar estabilidade, pulsos de laser de alta taxa de repetição através de DFWM, baseado em um novo dispositivo de microfibra:um ressonador de nó de microfibra plasmônica híbrida (HPMKR). Sua pesquisa de acesso aberto aparece na última edição da Fotônica Avançada .

Dado seu forte campo evanescente, baixa perda de inserção, e compatibilidade com sistemas óticos totalmente de fibra, dispositivos baseados em microfibra são amplamente usados ​​- especialmente para ressonadores de microfibra. Com diâmetro significativamente pequeno e revestimento de ar, microfibras cônicas exibem alta não linearidade em comparação com fibras monomodo comuns (SMFs). Por exemplo, o coeficiente não linear γ de um pedaço de microfibra com 2 μm de diâmetro é calculado como sendo aproximadamente 50 vezes o do SMF padrão (a 1550 nm).

O dispositivo principal do trabalho, o HPMKR, inclui um ressonador de nó formado de microfibra cônica que é anexado a um substrato de vidro com uma superfície dourada e, em seguida, embalado com polímero de polidimetilsiloxano (PDMS). Os fatores Q práticos de ressonadores de microfibra comuns estão bem abaixo de 10 ⁴ mas neste trabalho, Q foi otimizado para quase 10 ⁶ experimentalmente. Os polaritons de plasmon de superfície fortes introduzidos pela fixação fina de ouro fazem com que o dispositivo exiba características de polarização proeminentes; uma perda máxima dependente de polarização (PDL) de 19,75 dB foi alcançada.

Laser HPMKR

Em uma próxima etapa, o dispositivo HPMKR foi embutido em uma cavidade de laser de fibra de anel padrão. O grande PDL de HPMKR levou à rotação de polarização não linear (NPR) dentro da cavidade do laser, produzindo pulsos Q comutados ou bloqueados de modo com grande potência instantânea para compensar não linearidades relativamente baixas e excitar DFWM na microfibra. Por seu papel versátil em lasers de fibra, os pesquisadores denominaram o esquema de laser de "DFWM estimulado por NPR".

O HPMKR não é apenas um elemento polarizador de banda larga, mas também um filtro de alta qualidade e um elemento não linear. O laser oscila em forte contraste com todos os esquemas DFWM anteriores, onde a necessidade de elementos não lineares extremamente altos é removida. O dispositivo efetivamente abaixa a barra para alcançar DFWM, eliminando a complexidade que impedia a fabricação de dispositivos de alto Q (milhão). Um trem de pulso estável com taxas de repetição de 41,2 a 144,3 GHz a 1550 nm foi alcançado.

A pesquisa inovadora permite aplicações potenciais de ressonadores de microfibra avançados nas áreas de laser e óptica não linear, particularmente devido à estrutura sucinta do HPMKR e compatibilidade com todas as fibras.