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supercontinuo

Figura 1. Un espectro supercontinuo típico. La línea azul muestra el espectro de la fuente de bombeo lanzada a una fibra de cristal fotónico, mientras que la línea roja muestra el espectro supercontinuo resultante generado después de propagarse a través de la fibra.
Imagen de un supercontinuo típico. Este supercontinuo se generó enfocando pulsos de 800 nm, por debajo de 100 fs en un cristal de granate de itrio y aluminio (YAG), generando luz de banda ultra ancha que abarca tanto el visible como el NIR.

En óptica , un supercontinuo se forma cuando una colección de procesos no lineales actúan juntos sobre un haz de bomba para causar un ensanchamiento espectral severo del haz de bomba original, por ejemplo usando una fibra óptica microestructurada . El resultado es un continuo espectral suave (consulte la figura 1 para ver un ejemplo típico). No hay consenso sobre cuánta ampliación constituye un supercontinuo; sin embargo, los investigadores han publicado trabajos que afirman que tan solo 60 nm de ensanchamiento son un supercontinuo. [1] Tampoco hay acuerdo sobre la planitud espectral requerida para definir el ancho de banda de la fuente, y los autores utilizan entre 5 dB y 40 dB o más. Además, el término supercontinuo en sí no obtuvo una aceptación generalizada hasta este siglo, y muchos autores utilizaron frases alternativas para describir sus continuos durante las décadas de 1970, 1980 y 1990.

Patrón de color típico de un haz de femtosegundo enfocado en el aire; Tenga en cuenta que el rayo pasa desde la derecha y es invisible hasta que se genera una chispa debido al fuerte campo eléctrico en su foco.
Propagación de pulsos láser ultracortos en una fibra óptica microestructurada . La luz láser de entrada (parte inferior de la imagen, no visible antes de entrar en la fibra) es infrarroja cercana y genera longitudes de onda que cubren la mayor parte del espectro visible .
Generación supercontinua a partir de una fibra óptica de cristal fotónico (visto como un hilo brillante a la izquierda) para aumentar gradualmente la intensidad de un láser de bomba. A la derecha, se muestra el espectro del supercontinuo después de que el haz de salida pasa a través de un prisma. Cuanto mayor sea la intensidad de la bomba, más amplio será el supercontinuo. El láser de bombeo es un láser de femtosegundo de 800 nm.

Durante la última década, el desarrollo de fuentes supercontinuas ha surgido como un campo de investigación. [2] Esto se debe en gran medida a los nuevos desarrollos tecnológicos, que han permitido una generación de supercontinua más controlada y accesible. Esta investigación renovada ha creado una variedad de nuevas fuentes de luz que están encontrando aplicaciones en una amplia gama de campos, incluida la tomografía de coherencia óptica , [3] [4] metrología de frecuencia, [5] [6] [7] imágenes de vida útil de fluorescencia, [ 8] comunicaciones ópticas, [1] [9] [10] detección de gases [11] [12] [13] y muchos otros. La aplicación de estas fuentes ha creado un circuito de retroalimentación mediante el cual los científicos que utilizan el supercontinuo exigen continuos mejor personalizables para adaptarse a sus aplicaciones particulares. Esto ha llevado a los investigadores a desarrollar métodos novedosos para producir estos continuos y a desarrollar teorías para comprender su formación y ayudar al desarrollo futuro. Como resultado, se han logrado rápidos avances en el desarrollo de estas fuentes desde el año 2000. Si bien la generación supercontinua ha sido durante mucho tiempo un dominio exclusivo de las fibras, en los últimos años las guías de ondas integradas han alcanzado la madurez necesaria para producir espectros extremadamente amplios, abriendo la puerta a tecnologías más económicas. Fuentes supercontinuas compactas, robustas, escalables y producibles en masa. [14] [15]

Panorama historico

Los años 1960 y 1970

En 1964, Jones y Stoicheff [16] informaron sobre el uso de un continuo generado por un máser para estudiar la absorción Raman inducida en líquidos a frecuencias ópticas. Stoicheff había señalado en una de sus primeras publicaciones [17] que "cuando la emisión máser estaba en una sola línea espectral nítida, todas las líneas de emisión Raman eran nítidas; siempre que la emisión máser contenía componentes adicionales, todas las líneas de emisión Raman, con la excepción de la primera línea de Stokes , se ampliaron considerablemente, a veces hasta varios cientos de cm −1 ". [16] Estos continuos débiles, tal como fueron descritos, permitieron realizar las primeras mediciones de espectroscopía de absorción Raman.

En 1970, Alfano y Shapiro informaron sobre las primeras mediciones del ensanchamiento de frecuencia en cristales y vidrios utilizando un láser bloqueado en modo Nd:Glass de frecuencia duplicada . Los pulsos de salida fueron de aproximadamente 4 ps y tenían una energía de pulso de 5 mJ. Los filamentos formados produjeron los primeros espectros de luz blanca en el rango de 400 a 700 nm y los autores explicaron su formación mediante modulación de fase propia y mezcla de cuatro ondas . Los filamentos en sí no tenían ninguna utilidad real como fuente; Sin embargo, los autores sugirieron que los cristales podrían resultar útiles como puertas de luz ultrarrápidas. [18] [19] Alfano es el descubridor e inventor del supercontinuo en 1970 con tres artículos fundamentales en el mismo número de Phy Rev Letters (24, 592,584,1217(1970)) sobre la fuente de luz blanca definitiva ahora llamada supercontinuo.

El estudio de vapores atómicos, vapores orgánicos y líquidos mediante espectroscopia de absorción Raman durante las décadas de 1960 y 1970 impulsó el desarrollo de fuentes continuas. A principios de la década de 1970, para estudiar los estados excitados se utilizaban continuos formados por lámparas de destello de duración de nanosegundos y chispas de ruptura activadas por láser en gases, junto con continuos de fluorescencia excitados por láser de tintes centelleadores . [20] Todas estas fuentes tuvieron problemas; lo que se necesitaba era una fuente que produjera amplios continuos a altos niveles de potencia con una eficiencia razonable. En 1976, Lin y Stolen informaron sobre una nueva fuente de nanosegundos que producía continuos con un ancho de banda de 110-180 nm centrado en 530 nm con potencias de salida de alrededor de un kW. [20] El sistema utilizó un láser de colorante de 10 a 20 kW que producía pulsos de 10 ns con un ancho de banda de 15 a 20 nm para bombear una fibra de sílice de 19,5 m de largo y 7 μm de diámetro central. Sólo pudieron lograr una eficiencia de acoplamiento en la región del 5-10%.

En 1978, Lin y Nguyen informaron sobre varios continuos, en particular uno que se extendía de 0,7 a 1,6 μm utilizando una fibra de sílice dopada con GeO de 315 m de largo con un núcleo de 33 μm. [21] La configuración óptica era similar al trabajo anterior de Lin con Stolen, excepto que en este caso la fuente de la bomba era un láser Nd:YAG con conmutación Q de 150 kW, 20 ns. De hecho, tenían tanta potencia disponible que se atenuaron dos tercios para evitar daños a la fibra. Los 50 kW acoplados a la fibra surgieron como un continuo de 12 kW. Las líneas de Stokes eran claramente visibles hasta 1,3 μm, momento en el que el continuo comenzó a suavizarse, excepto por una gran pérdida debido a la absorción de agua a 1,38 μm. A medida que aumentaron la potencia de lanzamiento más allá de los 50 kW, observaron que el continuo se extiende hasta la parte verde del espectro visible. Sin embargo, los niveles de potencia más altos dañaron rápidamente su fibra. En el mismo artículo también bombearon una fibra monomodo con un diámetro de núcleo de 6 μm y "unos 100 m de longitud". Generó un continuo similar que abarcaba desde 0,9 μm hasta 1,7 μm con potencias de lanzamiento y salida reducidas. Sin darse cuenta, también habían generado por primera vez solitones ópticos .

La década de 1980

En 1980 Fujii et al. repitió la configuración de Lin de 1978 con un Nd:YAG de modo bloqueado. [22] Se informó que la potencia máxima de los pulsos era superior a 100 kW y lograron una eficiencia de acoplamiento superior al 70% en una fibra dopada con Ge monomodo con núcleo de 10 μm. Inusualmente, no informaron la duración de su pulso. Su espectro abarcó toda la ventana espectral en sílice desde 300 nm hasta 2100 nm. Los autores se preocuparon por el lado visible del espectro e identificaron que el principal mecanismo de generación era la mezcla de cuatro ondas de la bomba y los Stokes generados por Raman. Sin embargo, hubo algunos modos de orden superior, que se atribuyeron a la generación de frecuencia suma entre la bomba y las líneas de Stokes. La condición de coincidencia de fases se cumplió mediante el acoplamiento de la luz convertida ascendente y el cuasi continuo de los modos de revestimiento.

Washio et al. informaron de un avance adicional . [23] en 1980, cuando bombearon 150 m de fibra monomodo con un láser Nd:YAG de conmutación Q de 1,34 μm. Esto estaba justo dentro del régimen de dispersión anómalo de su fibra. El resultado fue un continuo que se extendía de 1,15 a 1,6 μm y no mostraba líneas de Stokes discretas.

Hasta ese momento nadie había dado realmente una explicación adecuada de por qué el continuo se suavizaba entre las líneas de Stokes en longitudes de onda más largas en las fibras. En la mayoría de los casos esto se explica por mecanismos de solitones; sin embargo, no se informaron solitones en las fibras hasta 1985. [24] [25] Se comprendió que la modulación de fase propia no podía explicar los amplios continuos observados, pero en su mayor parte se ofreció poco más como explicación.

En 1982 Smirnov et al. [26] informaron resultados similares a los logrados por Lin en 1978. Utilizando fibras de fosfosilicato multimodo bombeadas a 0,53 y 1,06 μm, vieron los componentes normales de Stokes y un espectro que se extendía desde el ultravioleta hasta el infrarrojo cercano. Calcularon que el ensanchamiento espectral debido a la modulación de fase propia debería haber sido de 910 cm -1 , pero su continuo era mayor que 3000 cm -1 . Llegaron a la conclusión de que "un continuo óptico no puede explicarse únicamente mediante la modulación de fase propia". Continuaron señalando las dificultades de la adaptación de fases en largos tramos de fibra para mantener la mezcla de cuatro ondas , e informaron de un mecanismo de daño inusual (en retrospectiva, esto probablemente se consideraría un fusible de fibra muy corto). Observan una sugerencia mucho anterior de Loy y Shen [27] de que si los pulsos de nanosegundos consistieran en picos de menos de nanosegundos en una envoltura de nanosegundos , eso explicaría el amplio continuo.

Esta idea de pulsos muy cortos que dan como resultado un continuo amplio se estudió un año después cuando Fork et al. [28] informaron el uso de pulsos de 80 fs de un láser de modo bloqueado en colisión. [29] La longitud de onda del láser era de 627 nm y lo usaron para bombear un chorro de etilenglicol. Colimaron el continuo resultante y midieron la duración del pulso en diferentes longitudes de onda, notando que la parte roja del continuo estaba en la parte frontal del pulso y la azul en la parte trasera. Informaron chirridos muy pequeños a lo largo del continuo. Estas observaciones y otras los llevaron a afirmar que la modulación de fase propia era el efecto dominante por cierto margen. Sin embargo, también observaron que sus cálculos mostraban que el continuo seguía siendo mucho mayor de lo que permitiría la modulación de fase propia, lo que sugiere que también deben estar presentes procesos de mezcla de cuatro ondas. Afirmaron que era mucho más fácil producir un continuo fiable y repetible utilizando una fuente de femtosegundos. En los años siguientes, esta fuente se desarrolló aún más y se utilizó para examinar otros líquidos. [30]

Ese mismo año, Nakazawa y Tokuda informaron que utilizaron las dos transiciones en Nd:YAG a 1,32 y 1,34 μm para bombear una fibra multimodo simultáneamente en estas longitudes de onda. Atribuyeron el espectro continuo a una combinación de mezcla forzada de cuatro ondas y una superposición de dispersión Raman secuencial estimulada . La principal ventaja de esto fue que pudieron generar un continuo con potencias de bomba relativamente bajas de unos pocos kW, en comparación con trabajos anteriores. [31]

Desde principios hasta finales de la década de 1980, Alfano, Ho, Corkum, Manassah y otros llevaron a cabo una amplia variedad de experimentos, aunque muy pocos de ellos involucraron fibras. La mayor parte del trabajo se centró en el uso de fuentes más rápidas (10 ps y menos) para bombear varios cristales, líquidos, gases y semiconductores con el fin de generar continuos principalmente en la región visible. [32] La modulación de fase propia se usaba normalmente para explicar los procesos, aunque desde mediados de la década de 1980 se ofrecieron otras explicaciones, incluida la modulación de fase cruzada de segunda generación armónica [33] y la modulación de fase inducida. [34] De hecho, se hicieron esfuerzos para explicar por qué la modulación de fase propia bien podría dar como resultado continuos mucho más amplios, principalmente a través de modificaciones a la teoría al incluir factores como una envolvente de amplitud que varía lentamente, entre otros. [35] [36]

En 1987 Gomes et al. [37] informaron la dispersión Raman estimulada en cascada en una fibra basada en fosfosilicato de modo único . Bombearon la fibra con un Nd:YAG con conmutación Q y modo bloqueado, que produjo pulsos de 130 ps con una potencia máxima de 700 kW. Lanzaron hasta 56 kW a la fibra y gracias al fósforo lograron un continuo mucho más amplio y plano que el que se había logrado hasta ese momento con la fibra de sílice. Un año después, Gouveia-Neto et al. [38] del mismo grupo publicaron un artículo que describe la formación y propagación de ondas de solitón a partir de la inestabilidad de la modulación. Utilizaron un láser Nd:YAG de 1,32 μm que produjo pulsos de 100 ps con una potencia máxima de 200 W para bombear 500 m de fibra monomodo con un diámetro de núcleo de 7 μm. La longitud de onda de dispersión cero de la fibra estaba en 1,30 μm, colocando la bomba justo dentro del régimen de dispersión anómalo. Observaron que surgían pulsos con duraciones de menos de 500 fs (solitones) y, a medida que aumentaban la potencia de la bomba, se formaba un continuo que se extendía de 1,3 a 1,5 μm.

La década de 1990

Gross y cols. en 1992 publicó un artículo que modela la formación de supercontinua (en la región de dispersión de velocidad de grupo anómala) cuando se genera mediante pulsos de femtosegundos en fibra. Era fácilmente el modelo más completo hasta esa fecha, con solitones fundamentales y desplazamiento de autofrecuencia de solitones emergiendo como soluciones a las ecuaciones. [39]

Durante la década de 1990 se investigó intensamente la aplicabilidad de supercontinua para su uso en sistemas multiplexados por división de longitud de onda (WDM) para comunicaciones ópticas. En 1993 Morioka et al. [9] informaron sobre un esquema de multiplexación de canales de 100 longitudes de onda que producía simultáneamente cien pulsos de 10 ps en la región espectral de 1,224-1,394 μm con un espaciado espectral de 1,9 nm. Produjeron un supercontinuo utilizando una bomba de Nd:YLF centrada en 1,314 μm que estaba bloqueada en modo para producir pulsos de 7,6 ps. Luego filtraron el continuo resultante con una fibra birrefringente para generar los canales.

Morioka y Mori continuaron el desarrollo de tecnologías de telecomunicaciones utilizando generación supercontinua durante la década de 1990 hasta la actualidad. Su investigación incluyó: el uso de un supercontinuo para medir la dispersión de la velocidad del grupo en fibras ópticas; [40] la demostración de un sistema WDM basado en 1 Tbit/s; [10] y, más recientemente, un sistema multiplexado por división de longitud de onda densa (DWDM) de 1000 canales capaz de generar 2,8 Tbit/s utilizando un supercontinuo de una fracción de más de 60 nm de ancho. [1]

Chernikov et al. informaron sobre la primera demostración de un supercontinuo a base de fibra bombeado por un láser a base de fibra . [41] en 1997. Hicieron uso de la retrodispersión distribuida para lograr una conmutación Q pasiva en fibras dopadas con iterbio y erbio monomodo . La conmutación Q pasiva produjo pulsos con una potencia máxima de 10 kW y una duración de 2 ns. El continuo resultante se extendía desde 1 µm hasta el borde de la ventana de sílice a 2,3 µm. Las primeras tres líneas de Stokes eran visibles y el continuo se extendía hasta aproximadamente 0,7 μm, pero a niveles de potencia significativamente reducidos.

Progreso desde 2000

Los avances logrados durante la década de 1980 significaron que había quedado claro que para obtener la mayor continuidad de fibra, lo más eficiente era bombear el régimen de dispersión anómalo. Sin embargo, fue difícil sacar provecho de esto con láseres de alta potencia de 1 μm, ya que había resultado extremadamente difícil lograr una longitud de onda de dispersión cero de mucho menos de 1,3 μm en fibra de sílice convencional. Una solución apareció con la invención de las fibras de cristal fotónico (PCF) en 1996 por Knight et al. [42] Las propiedades de los PCF se analizan en detalle en otra parte, pero tienen dos propiedades que hacen del PCF un medio excelente para la generación supercontinua, a saber: alta no linealidad y una longitud de onda de dispersión cero personalizable. Entre los primeros se encontraba Ranka et al. en 2000, [5] quienes utilizaron un PCF de 75 cm con una dispersión cero a 767 nm y un diámetro de núcleo de 1,7 μm. Bombearon la fibra con pulsos de 100 fs y 800 pJ a 790 nm para producir un continuo plano entre 400 y 1450 nm.

A este trabajo le siguieron otros que bombeaban longitudes cortas de PCF con dispersiones cero alrededor de 800 nm con láseres de Ti:zafiro de femtosegundo de alta potencia. Lehtonen et al. [43] estudiaron el efecto de la polarización en la formación de continuos en un PCF birrefringente, así como la variación de la longitud de onda de la bomba (728-810 nm) y la duración del pulso (70-300 fs). Descubrieron que los mejores continuos se formaban justo dentro de la región anómala con pulsos de 300 fs. Los pulsos más cortos dieron como resultado una clara separación de los solitones que eran visibles en la salida espectral. Herrmann et al. proporcionó una explicación convincente del desarrollo del supercontinuo de femtosegundo, específicamente la reducción de solitones desde órdenes superiores hasta el fundamental y la producción de ondas dispersivas durante este proceso. [44] [45] Desde entonces, se han desarrollado y demostrado fuentes de femtosegundos totalmente integradas con fibra. [46] [47]

Otras áreas de desarrollo desde 2000 han incluido: fuentes supercontinuas que funcionan en regímenes de picosegundos, nanosegundos y CW; el desarrollo de fibras para incluir nuevos materiales, técnicas de producción y conos; métodos novedosos para generar continuos más amplios; nuevas ecuaciones de propagación para describir el supercontinuo en nanocables fotónicos, [48] y el desarrollo de modelos numéricos para explicar y ayudar a comprender la generación del supercontinuo. Desafortunadamente, una discusión en profundidad de estos logros está más allá de este artículo, pero se remite al lector a un excelente artículo de revisión de Dudley et al. [49]

Generación supercontinua en plataformas fotónicas integradas.

Si bien las fibras ópticas han sido el caballo de batalla de la generación supercontinua desde sus inicios, las fuentes de supercontinuo basadas en guías de ondas integradas se han convertido en un área activa de investigación en el siglo XXI. Estas plataformas a escala de chips prometen miniaturizar fuentes supercontinuas en dispositivos compactos, robustos, escalables, producibles en masa y más económicos. Estas plataformas también permiten la ingeniería de dispersión variando la geometría de la sección transversal de la guía de ondas. Los materiales a base de silicio como la sílice , [50] nitruro de silicio , [51] [52] silicio cristalino y amorfo [53] [54] han demostrado una generación supercontinua que abarca el visible, [55] el infrarrojo cercano [55] [56] y regiones del infrarrojo medio [56] [57] del espectro electromagnético. A partir de 2015, el supercontinuo más amplio generado en un chip se extiende desde 470 nm en el visible hasta 2130 nm para la región de longitud de onda infrarroja. [58]

Descripción de la dinámica de formación del continuo en la fibra.

En esta sección discutiremos brevemente la dinámica de los dos regímenes principales en los que se generan supercontinuos en fibra. Como se indicó anteriormente, un supercontinuo se produce mediante la interacción de muchos procesos no lineales que causan un amplio ensanchamiento espectral. Muchos de estos procesos, como la modulación de fase propia, la mezcla de cuatro ondas y la dinámica basada en solitones, se han comprendido bien, individualmente, desde hace algún tiempo. Los avances de los últimos años han implicado comprender y modelar cómo todos estos procesos interactúan entre sí para generar supercontinuos y cómo se pueden diseñar parámetros para mejorar y controlar la formación de continuos. Los dos regímenes principales son el régimen de fisión de solitones y el régimen de inestabilidad de modulación. Se puede considerar que los procesos físicos son bastante similares y las descripciones realmente nos permiten distinguir entre los procesos que impulsan la formación continua para diferentes condiciones de la bomba. También se cubre un tercer régimen, el bombeo en la región de dispersión normal . Esta es una forma perfectamente viable de generar un supercontinuo. Sin embargo, no es posible generar los mismos anchos de banda con este método.

Régimen de fisión de solitón

En el régimen de fisión de solitones, se lanza un pulso de femtosegundo corto y de alta potencia al PCF u otra fibra altamente no lineal. El pulso de femtosegundo puede considerarse como un solitón de alto orden; en consecuencia, se expande rápidamente y luego se fisiona en solitones fundamentales. Durante el proceso de fisión, el exceso de energía se desprende en forma de ondas dispersivas en el lado de longitud de onda corta. Generalmente, estas ondas dispersivas no sufrirán más cambios [49] y, por lo tanto, la extensión corta de la bomba depende de qué tan ampliamente se expande el solitón mientras respira. [59] [60] Los solitones fundamentales luego se someten a dispersión Raman intrapulso y cambian a longitudes de onda más largas (también conocido como cambio de autofrecuencia del solitón), generando el lado de longitud de onda larga del continuo. Es posible que el continuo de solitón Raman interactúe con la radiación dispersiva mediante mezcla de cuatro ondas [61] y modulación de fase cruzada. [62] En determinadas circunstancias, es posible que estas ondas dispersivas se acoplen con los solitones mediante el efecto de captura de solitones. [63] [64] Este efecto significa que a medida que la autofrecuencia del solitón cambia a longitudes de onda más largas, la onda dispersiva acoplada se desplaza a longitudes de onda más cortas según lo dictan las condiciones de coincidencia de velocidad del grupo. Generalmente, este mecanismo de captura de solitones permite que el continuo se extienda a longitudes de onda más cortas de lo que es posible mediante cualquier otro mecanismo.

El primer supercontinuo generado en PCF operó en este régimen [5] y muchos de los experimentos posteriores también utilizaron sistemas de femtosegundos de pulsos ultracortos como fuente de bombeo. [49] Una de las principales ventajas de este régimen es que el continuo a menudo exhibe un alto grado de coherencia temporal, [49] además es posible generar un supercontinuo amplio en longitudes muy cortas de PCF. Las desventajas incluyen la incapacidad de escalar a potencias promedio muy altas en el continuo, aunque el factor limitante aquí son las fuentes de bombeo disponibles; y normalmente el espectro no es uniforme debido a la naturaleza localizada de los componentes espectrales que lo generan.

Si este régimen es dominante se puede determinar a partir de los parámetros del pulso y de la fibra. Podemos definir una longitud de fisión de solitón, para estimar la longitud a la que se logra la mayor compresión de solitón, tal que:

donde es la longitud de dispersión característica y es el orden de los solitones. Como la fisión tiende a ocurrir a esta longitud, siempre que sea más corta que la longitud de la fibra y otras escalas de longitud características, como la longitud de inestabilidad de modulación , la fisión dominará.

Régimen de inestabilidad de modulación.

La inestabilidad de modulación (IM), conduce a la ruptura de una onda continua (CW) o de campos de ondas cuasicontinuos, que se convierte en un tren de solitones fundamentales. Es importante enfatizar que los solitones generados en este régimen son fundamentales, ya que varios artículos sobre la formación de supercontinuos CW y cuasi-CW han acreditado la generación de longitudes de onda corta para la fisión de solitones y la generación de ondas dispersivas como se describió anteriormente. [65] [66] De manera similar al régimen de fisión de solitones, el lado de longitud de onda larga del continuo es generado por los solitones que experimentan dispersión Raman intrapulso y cambio de frecuencia propia a longitudes de onda más largas. Como el proceso de MI está impulsado por el ruido, se crea una distribución de solitones con diferentes energías, lo que da como resultado diferentes tasas de cambio de frecuencia propia. El resultado neto es que los continuos de solitón-Raman impulsados ​​por MI tienden a ser espectralmente mucho más suaves que los generados en el régimen de fisión. La generación de longitudes de onda cortas está impulsada por la mezcla de cuatro ondas, especialmente para potencias máximas más altas en el régimen cuasi-CW. En el régimen puro de CW, sólo recientemente se ha logrado la generación de longitudes de onda cortas en longitudes de onda más cortas que las de una fuente de bomba de 1 μm. En este caso, se ha demostrado que la captura de solitones desempeña un papel en la generación de longitudes de onda cortas en el régimen impulsado por MI.

Sólo se producirá un continuo en el régimen MI si los parámetros de la fibra y el campo son tales que el MI se forma y domina sobre otros procesos como la fisión. De manera similar al régimen de fisión, es constructivo desarrollar una escala de longitud característica para MI :

¿Dónde está el nivel del ruido de fondo por debajo del nivel de potencia máxima? La ecuación es esencialmente una medida de la longitud requerida para que la ganancia MI amplifique el ruido cuántico de fondo en solitones. Por lo general, se considera que este ruido de disparo tiene una reducción de ~200 dB. Así, siempre que el MI domine sobre la fisión de solitones en el caso cuasi-CW y esta condición puede expresarse como:

El término medio de la ecuación es simplemente la ecuación del solitón. Para que MI domine necesitamos que el lado izquierdo sea mucho menor que el lado derecho, lo que implica que el orden de los solitones debe ser mucho mayor que 4. En la práctica, se ha establecido que este límite es aproximadamente . [49] Por lo tanto, podemos ver que son predominantemente pulsos ultracortos los que conducen al mecanismo de fisión del solitón.

Bombeo en régimen de dispersión normal.

Los dos regímenes descritos anteriormente suponen que la bomba se encuentra en la región de dispersión anómala. Es posible crear un supercontinuo en la región normal y, de hecho, muchos de los primeros resultados analizados en la descripción histórica se bombearon en el régimen de dispersión normal. Si los pulsos de entrada son lo suficientemente cortos, entonces la modulación de fase propia puede conducir a una ampliación significativa que sea temporalmente coherente. Sin embargo, si los pulsos no son ultracortos, entonces la dispersión Raman estimulada tiende a dominar y normalmente aparecerá una serie de líneas de Stokes discretas en cascada hasta que se alcance la longitud de onda de dispersión cero. En este punto se puede formar un continuo de solitones Raman. Como el bombeo en condiciones anómalas es mucho más eficiente para la generación continua, la mayoría de las fuentes modernas evitan el bombeo en el régimen de dispersión normal.

Referencias

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