Pulsade lasrar med hög upprepningshastighet tjänar ett brett spektrum av applikationer, från optisk kommunikation till mikrovågsfotonik och mer. Generering av tåg av ultrakorta optiska pulser involverar vanligtvis låsningsfaser av longitudinella laserkavitetsmoder. 1997, en mekanism baserad på dissipativ fyrvågsblandning (DFWM) demonstrerades med nyckelkomponenter som består av kamfilter och element med hög olinjäritet. Sedan dess, demonstrationer av pulståg med hög upprepningshastighet som använder DFWM har utnyttjat olika typer av kamfilter och olinjära komponenter.

Under 2012, Peccianti et al. föreslog en stabil 200 GHz ultrasnabb fiberlaser baserad på en mikroringresonator av kiseldioxid som fungerar som ett integrerat kamfilter för att öka DFWM-lägeslåsningen. Men kiseldioxidschemat är kostsamt och involverar kopplingsförluster mellan fibern och kiseldioxidvågledaren. Därför, en billig helfiberresonator för att generera laserpulser med hög upprepningshastighet med hjälp av DFWM är fortfarande mycket önskvärt. Ändå, frånvaron av stark olinjäritet i standardoptiska fibrer har varit ett betydande hinder för att utlösa korta pulsgenerering med hög repetitionshastighet – fram till nu.

Hybrid plasmonisk mikrofiberknutresonator

Ett team av forskare från Nanjing University och Shanghai University visade nyligen ett nytt tillvägagångssätt för att uppnå stabil, laserpulser med hög upprepningshastighet genom DFWM, baserad på en ny mikrofiberenhet:en hybrid plasmonisk mikrofiberknutresonator (HPMKR). Deras forskning med öppen tillgång visas i senaste numret av Avancerad fotonik .

Med tanke på deras starka försvinnande fält, låg insättningsförlust, och kompatibilitet med helt fiberoptiska system, mikrofiberbaserade enheter används i stor utsträckning – särskilt för mikrofiberresonatorer. Med avsevärt liten diameter och luftbeklädnad, avsmalnande mikrofibrer uppvisar hög olinjäritet jämfört med vanliga single-mode fibrer (SMF). Till exempel, den olinjära koefficienten γ för en bit mikrofiber med 2-μm diameter beräknas vara ungefär 50 gånger den för standard SMF (vid 1550 nm).

Den viktigaste enheten i arbetet, HPMKR, inkluderar en knutresonator bildad av avsmalnande mikrofiber som är fäst på ett glassubstrat med en förgylld yta och sedan förpackad med polydimetylsiloxan (PDMS) polymer. De praktiska Q-faktorerna för vanliga mikrofiberresonatorer är långt under 10 ⁴ men i detta arbete, Q optimerades upp till nära 10 ⁶ experimentellt. Starka ytplasmonpolaritoner som introduceras genom den fina fästningen av guld gör att enheten uppvisar framträdande polariserande egenskaper; en maximal polarisationsberoende förlust (PDL) på 19,75 dB uppnåddes.

HPMKR laser

I ett nästa steg, HPMKR-anordningen var inbäddad i en standard ringfiberlaserhålighet. Den stora PDL av HPMKR ledde till icke-linjär polarisationsrotation (NPR) i laserkaviteten, ger Q-switchade eller modlåsta pulser med stor momentan effekt för att kompensera relativt låga olinjäriteter och excitera DFWM i mikrofibern. För sin mångsidiga roll i fiberlasrar, forskare kallade laserschemat "NPR-stimulerad DFWM."

HPMKR är inte bara ett bredbandspolariserande element, men också ett högkvalitativt filter och olinjärt element. Lasern oscillerar i skarp kontrast till alla tidigare DFWM-scheman, där behovet av extremt höga olinjära element avlägsnas. Enheten sänker effektivt ribban för att uppnå DFWM, eliminerar komplexiteten som hindrade tillverkning av hög-Q (miljoner) enheter. Ett stabilt pulståg med repetitionshastigheter från 41,2 till 144,3 GHz vid 1550 nm uppnåddes.

Den innovativa forskningen möjliggör potentiella tillämpningar av avancerade mikrofiberresonatorer inom områdena laser och olinjär optik, särskilt på grund av HPMKR:s kortfattade struktur och kompatibilitet med helt fibrer.