Forskare från Jena har producerat bredbandslaserljus i det mellersta infraröda området med hjälp av vätskefyllda optiska fibrer. Experimentet gav bevis på en ny dynamik i hybrid -solitoner - tidsmässigt och spektralt stillastående ljusvågor som härrör från de unika egenskaperna hos den flytande kärnan.

Forskarna pumpade en hybridvågledare med en ultrasnabb, intensiv laserpuls och producerade ett mycket brett ljusspektrum i det nära och mellersta infraröda området (1,1 μm till 2,7 μm) som inte är synligt för det mänskliga ögat. På grund av de unika egenskaperna hos den flytande fiberkärnan, ljuspulsen bryts upp i solitoner - en mängd ljusvågor med olika våglängder. Solitons bildar en superkontinuum ljuskälla med möjliga tillämpningar inom medicinsk bildbehandling, mätteknik och spektroskopi. Teamet av forskare från Leibniz Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) i Jena och medarbetare publicerade resultaten av sitt arbete i tidskriften Naturkommunikation .

Den kopplade, ultrasnabb ljuspuls bryts upp i solitoner på grund av icke-linjära interaktioner med materia i den optiska fibern. Vid flytande kärnfibrer, detta innebär att vätskans optiska densitet inuti kärnan förändras avsevärt med intensiteten hos det infallande ljuset. Dock, inte många material visar olinjära optiska effekter samtidigt som de producerar tillräcklig ljusöverföring i det infraröda spektralområdet. Mario Chemnitz, forskare vid Leibniz IPHT och första författare till publikationen, förklarar den ovanliga effekten enligt följande:"Fiberkärnan är fylld med koldisulfid, en flytande kemisk förening med ett mycket högt brytningsindex. Om vi ​​kopplar in polariserat ljus i kärnan, koldisulfidmolekylerna orienterar sig längs ljusets elektromagnetiska fält. På grund av denna molekylära orientering, den optiska densiteten - och därmed ljusutbredningen i fibern - beror på laserljusets intensitet. "

Optisk minneeffekt

En unik egenskap hos koldisulfid är att molekylerna orienterar sig med en viss tidsfördröjning. Om den infallande laserljuspulsen är mycket kortare än den tid som molekylerna kräver för orientering i det optiska fältet, forskarna kan observera en speciell, fördröjd dynamik hos de resulterande solitonerna. Detta förutspåddes redan 2010, men det var först nu som forskarna kunde tillhandahålla experimentella bevis och en exakt teoretisk beskrivning av processerna. Mario Chemnitz beskriver detta fenomen som en optisk "minneeffekt" av vätskan. Denna unika egenskap hos vätskefiberkärnorna minskar fluktuationer i den superkontinuum ljuskällans spektralbandbredd och gör flytande kärnfibrer till ett mer stabilt alternativ till de kända bredbandsljuskällorna baserade på optiska fibrer tillverkade av speciella glasögon.