Zsynchronizowane impulsowe lasery światłowodowe na bazie włókien aktywnych domieszkowanych jonami erbu i tulu jako źródło do generacji optycznych grzebieni częstotliwości w zakresie średniej podczerwieni


Opis projektu


W ramach projektu zbadano możliwość generacji zsynchronizowanych w czasie i przestrzeni bardzo krótkich impulsów laserowych (na poziomie 100 biliardowych części sekundy) w zakresach spektralnych 1550 nm i ~1950 nm w układach złożonych tylko i wyłącznie z włókien i komponentów światłowodowych. Takie podejście konstrukcyjne powoduje, że układ jest odporny na zmianę czynników zewnętrznych co pozwala na jego wykorzystanie w szeregu aplikacjach poza laboratorium badawczym. Czasowo i przestrzennie zlokalizowane impulsy laserowe wykorzystano do generacji nowych długości fali leżących w zakresie średniej podczerwieni (6 – 9 µm) poprzez ich zogniskowanie na powierzchni kryształu nieliniowego OP-GaP. Szerokopasmowy charakter wygenerowanego spektrum w średni podczerwieni pozwala na detekcje kilku gazów i substancji szkodliwych jednocześnie. Taką możliwość potwierdzono przeprowadzając detekcje metanu i wody w zakresie spektralnym 7,5 – 8,3 µm. Opracowane źródło laserowe będzie w dalszych pracach wykorzystane do rozszerzenia możliwości pomiarowych na zakres spektralny THz, gdzie możliwe będzie szybkie testowanie autentyczności farmaceutyków oraz wykrywanie zabronionych substancji jak np. dopalacze.

Realizacja celu głównego projektu przyczyniła się również do opracowania szeregu kompaktowych układów pośrednich jakimi były oscylatory i wzmacniacze bardzo krótkich impulsów laserowych w zakresach spektralnych 1550 nm i ~1950 nm. Zademonstrowano możliwość ich wykorzystania do generacji stabilnego i powtarzalnego promieniowania supercontinuum, które może być z kolei stosowane w układach optycznej koherentnej tomografii dna oka i układach diagnostycznych. Przeprowadzono również badania nad układami oscylatorów laserowych z regulowaną w czasie rzeczywistym dyspersją co przekłada się na możliwość kontroli parametrów otrzymywanych impulsów. Zademonstrowano również możliwość wykorzystania grafenu w procesie generacji impulsów o parabolicznym kształcie i wysokich energiach.

Uzyskane wyniki zostały opublikowane w renomowanych czasopismach z Listy Filadelfijskiej, uznawanych za najbardziej prestiżowe w dziedzinie fotoniki. Realizacja projektu przyczyniła się również do budowy młodego zespołu naukowców o uzupełniających się kompetencjach z zakresu elektroniki, informatyki oraz szeroko rozumianej fotoniki. Uzyskane wyniki zostały wykorzystane do przygotowania pracy doktorskiej i habilitacyjnej jego członków. Zespól będzie kontynuował podjęte badania w kierunku ich praktycznego zastosowania między innymi w spektroskopii. Opracowany układ generacji promieniowania w zakresie średniej podczerwieni stanowi nowatorskie podejście do rozwiązania problemu i należy się spodziewać jego wykorzystania przez inne grupy naukowe prowadzące badania aplikacyjne w zakresie spektroskopii laserowej.

 

Lista publikacji, w których opublikowano wyniki projektu:

  • Sotor J., Martynkien T., Schunemann P., Mergo P., Rutkowski L., Soboń G., "All-fiber mid-infrared source tunable from 6 to 9 μm based on difference frequency generation in OP-GaP crystal," Opt. Express 26, 11756-11763 (2018)
  • Lindberg R., Bogusławski J., Pasternak I., Przewłoka A., Laurell F., Pasiskevicius V., Sotor J., ”Mapping mode-locking regimes in a polarization-maintaining er-doped fiber laser,” IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron 24 (3), 1-9 (2018)
  • Soboń G., Martynkien T., Tarnowski K., Mergo P., Sotor J., "Generation of sub-100  fs pulses tunable from 1700 to 2100  nm from a compact frequency-shifted Er-fiber laser," Photon. Res. 5, 151-155 (2017)
  • Tarnowski K., Martynkien T., Mergo P., Poturaj K., Soboń G., Urbańczyk W., "Coherent supercontinuum generation up to 2.2 µm in an all-normal dispersion microstructured silica fiber," Opt. Express 24, 30523-30536 (2016)
  • Sotor J., Soboń G.,” 24 fs and 3 nJ pulse generation from a simple, all polarization maintaining Er-doped fiber laser,” Laser Phys. Lett. 13 125102 (2016)
  • Sotor J., Pawliszewska M., Sobon G., Kaczmarek P., Przewolka A., Pasternak I., Cajzl J., Peterka P., Honzátko P., Kašík I., Strupinski W., Abramski K., "All-fiber Ho-doped mode-locked oscillator based on a graphene saturable absorber," Opt. Lett. 41, 2592-2595 (2016)
  • Sobon G., Krzempek K., Tarka J., Sotor J., “Compact, all-PM fiber-CPA system based on a chirped volume Bragg grating,” Laser Physics 26 (1), 015106 (2015)
  • Sterczewski Ł., Przewłoka A., Kaszub W., Sotor J., "High-resolution dual-comb spectroscopy with a free-running all-fiber laser," in Conference on Lasers and Electro-Optics, OSA Technical Digest (Optical Society of America, 2019), paper SF1I.4.
  • Sotor J., Sobon G., Martynkien T., Tarnowski K., Mergo P., "An all-PM fiber source generating 5.4 nJ, 95 fs laser pulses in the 2 µm spectral range," in 2017 Conference on Lasers and Electro-Optics Pacific Rim, (Optical Society of America, 2017), paper s1907.
  • Lindberg R., Boguslawski J., Abramski K. M., Laurell F., Pasiskevicius V., Sotor J., "Continuously Tunable Dispersion in an All Polarization-maintaining Er-doped Fiber Laser Mode-locked by a Graphene Saturable Absorber," in Laser Congress 2017 (ASSL, LAC), OSA Technical Digest (online) (Optical Society of America, 2017), paper JM5A.30.