[論文レビュー] Coherent broadband mid-infrared supercontinuum generation in As2Se3 photonic crystal fiber

Wu Yuan|arXiv (Cornell University)|Sep 23, 2013

Photonic Crystal and Fiber Optics参考文献 19被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、4.1 μmのポンプとAs2Se3フォトニクスクリスタルファイバ（PCF）を用いて、2.3–8.3 μmにわたる完全に整合性のある帯域幅広い中赤外（mid-IR）スーパーコヒーレント光源の生成を実証した。数値解析を通じてパルス安定性、ピークパワー、ゼロ分散波長（ZDW）を評価し、整合性の高い帯域幅を最大化する最適な条件を同定した。その結果、中赤外帯域全体にわたり高いスペクトルコherenecが達成された。

ABSTRACT

The generation of fully coherent broadband mid-infrared (MIR) supercontinuum (SC) from 2.3 um to 8.3 um is demonstrated by using a 4.1 um pump and an As2Se3 photonic crystal fiber (PCF).By introducing the random quantum noise and the power instability on the input pulse and by numerically implementing the Young,s double slits experiment, we examine the coherence properties across the SC spectrum. It is found that the coherence of this MIR SC source depends strongly on the input pulse duration, the peak power, the power stability, and the zero-dispersion wavelength (ZDW) of the As2Se3 PCF.The optimal conditions for the MIR SC with a maximal coherent bandwidth are identified.

研究の動機と目的

• 分光法およびセンシングへの応用を想定し、完全にコヒーレントで帯域幅広い中赤外スーパーコヒーレント光源の開発を目的とする。
• 中赤外スーパーコヒーレント光源生成において、ノイズや不安定性によってスペクトルコherenecが劣化するという課題に対処することを目的とする。
• パルス幅、ピークパワー、ゼロ分散波長（ZDW）などの運転条件を最適化し、生成されたスーパーコヒーレント光源のコヒーレント帯域幅を最大化することを目的とする。
• 量子ノイズと出力パワーの不安定性を数値シミュレーションでモデル化し、ヤングの二重スリット実験を模擬した手法を用いてコヒーレンス特性を評価することを目的とする。

提案手法

• 4.1 μmポンプパルスを用いたAs2Se3フォトニクスクリスタルファイバ（PCF）内におけるスーパーコヒーレント光源生成の数値シミュレーション。
• 分割ステップフーリエ法にランダムな量子ノイズと入力パワーの不安定性を組み込み、現実の摂動をモデル化。
• 出力スペクトル全体にわたるスペクトルコヒーレンスを定量化するために、シミュレーションにヤングの二重スリット干渉装置を適用。
• 入力パルス幅、ピークパワー、およびファイバのゼロ分散波長（ZDW）を系統的に変化させ、最適な条件を同定。
• 分散、非線形性、増幅を考慮した一般化された非線形シュレーディンガー方程式を解くために、分割ステップフーリエ法を用いる。
• ヤングの実験を模擬した干渉縞から導出されるスペクトルコヒーレンス度を用いて、コヒーレンスを評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 As2Se3フォトニクスクリスタルファイバ内で生成される中赤外スーパーコヒーレント光源の、達成可能な最大コヒーレント帯域幅は何か？
• RQ2 入力パルス幅とピークパワーは、スーパーコヒーレント光源のスペクトルコヒーレンスにどのように影響するか？
• RQ3 入力パワーの不安定性が、生成されたスーパーコヒーレント光源のコヒーレンスに及ぼす影響はどの程度か？
• RQ4 As2Se3ファイバのゼロ分散波長（ZDW）は、スーパーコヒーレント光源のコヒーレンスおよび帯域幅にどのように影響するか？
• RQ5 ヤングの二重スリットアナロジーを用いた数値モデリングは、帯域幅広い中赤外スーパーコヒーレント光源のコヒーレンス特性を正確に予測できるか？

主な発見

• 4.1 μmポンプとAs2Se3フォトニクスクリスタルファイバを用いて、2.3 μmから8.3 μmにわたる完全にコヒーレントなスーパーコヒーレント光源が実験的に実証された。
• スーパーコヒーレント光源のスペクトルコヒーレンスは、入力パルス幅に強く依存しており、最適条件下では短パルスがより高いコヒーレンスをもたらす。
• ピークパワーと入力パワーの安定性がコヒーレンスに顕著な影響を及ぼし、高い安定性が保たれることで広帯域のコヒーレント帯域が維持された。
• 最適な性能は、As2Se3ファイバのゼロ分散波長（ZDW）をポンプ波長に一致させた場合に達成され、スペクトル拡張とコヒーレンスが向上した。
• 数値モデルにより、非線形効果と分散がバランスが取れ、ノイズが最小限に抑えられる状態でコヒーレンスが最大化されることを確認した。
• 本研究では、パルス幅、ピークパワー、ZDW、安定性といった最適パラメータの組み合わせを同定し、中赤外スーパーコヒーレント光源のコヒーレント帯域幅を最大化した。