Микроструктурированные световоды для генерации перестраиваемых по частоте сверхкоротких лазерных импульсов и элементов волоконно-оптических сенсоров

• Автор: Федотов, Илья Валерьевич
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 152 с. : ил.

Содержание:
Введение
Глава 1. Микроструктурированные волокна как волоконно-оптические компоненты для нелинейно-оптического преобразования частоты и оптического зондирования.

§1.1 Микроструктурированные волокна и их классификация.

§1.2 Основные свойства микроструктурированных волокон со сплошной сердцевиной.

§ 1.3 Основные свойства и области применений полых микроструктурированных (фотонно-кристаллических) волокон.

§1.4 Генерация суперконтинуума в микроструктурированных волокнах

§1.5 Солитонный механизм спеткралыю-временных преобразований сверхкоротких импульсов в микрострукутруированных волокнах
§1.6 Элементы волоконно-оптических сенсоров с использованием микрострукутруированных волноводов.

Глава 2. Экспериментальная техника и методика измерений.

§2.1 Наносекундный лазерный комплекс для исследования четырехволновых нелинейно-оптических процессов в микроструктурированных волокнах.
§2.2 Методика измерения спектра пропускания полых фотоннокристаллических волокон.
§2.3 Фемтосекундный лазерный генератор на кристалле Сг4~: форстерита.
§2.4 Многофункциональный лазерный комплекс на основе кристалла Ti: Sapphire.
Глава 3. Четырехволновые нелинейно-оптические взаимодействия и спектроскопические методики на их основе в микроструктурированных волноводах с использованием наносекундных лазерных импульсов.
§3.1 Когерентное ангистоксово рассеяние света в полых ФК волокнах, разделение вкладов в составную нелинейность.
§3.2 Четырехволновые взаимодействия как способ измерения линейных размеров структуры микроструктурированных волокон.
§3.3 Четырехволновые параметрические преобразования наносекундных лазерных импульсов и спектроскопия нелинейных свойств субмикронных волноводных каналов.
§3.4 Оптимизация четырехволновых взаимодействий в высоконелинейных волноводных каналах микроструктурированных волокон для получения широкополосного излучения от наносекундных лазерных импульсов.
Глава 4. Волоконно-оптические компоненты на основе микроструктурированных волокон для реализации эффективного источника перестраиваемых сверхкоротких лазерных импульсов и волоконно-оптических сенсоров.
§4.1 Формирование перестраиваемых по частоте мегаваттных фемтосекундных импульсов ИК-диапазона на основе генерации многосолитонного суперконтинуума в микроструктурированном световоде.
§4.2 Компрессия лазерных импульсов с использованием широкополосного излучения, получаемых из полностью твердотельных фотонно-кристаллических волокон с большой площадью моды.
§4.3 Генерация мощных солитонов в микроструктурированных волокнах с увеличенной сердцевиной
§4.4 Контроль фазового профиля и интерференция сдвинутых по частоте солитонов в микроструктурированных волокнах.
§4.5 Спектральная самокомпрессия сдвинутых по частоте солитонов в МС волокнах.
§4.6 Волоконно-оптический сенсор на основе МС волокна для регистрации линейной люминесценции кремниевых наночастиц.
§4.7 Волноводный сенсор для регистрации двухфотонной люминесценции. 116 Заключение.
Список литературы.

Список используемых сокращений:
МС - микроструктурированный
ФК - фотонно-кристаллический
КАРС — когерентное антистоксово рассеяние света
КР - комбинационное рассеяние света
ВКР - вынужденное комбинационное рассеяние света
ЧВВ - четырехволновые взаимодействия
ССЧ - солитонный самосдвиг частоты
[101], позволяет создавать высокочувствительные волоконно-оптические датчики концентрации газов, основанные на измерении параметров фотолюминесценции газов, заполняющих полую сердцевину [102]. Современные технологии позволяют создавать комбинированные полностью волоконные датчики деформациям и давлению с использованием встроенных интерферометров типа Маха-Цандера или Жамена на основе МС волноводов [103]. Эти данные и результаты исследований [104] показывают перспективность применения микро- и на н о стр укту р и р ованных световодов для создания волоконно-оптических систем нового поколения для мониторинга строительных конструкций. В частности, в работах [105, 106] показано, что макроизгиб ФК волновода приводит к сильному спектральному смещению края пропускания световода, при этом смещение края существенно зависит от микроструктуры ФК волновода, а также радиуса кривизны световода. Наблюдаются смещения коротковолнового ДА.К и длинноволнового АА.д краев пропускания при изменении радиуса кривизны, кроме того изменяется также картина тонкой структуры спектра с изменением радиуса, обусловленная участием оболочечных мод ФК волновода [107, 108]. Результаты экспериментальных исследований показывают, что зависимость смещения длинноволнового края от относительного изменения радиуса изгиба е= ДЫ/Я имеют вид: ДА.д = к-г, где к = 5-10'2 нм. Учитывая то, что спектральное разрешение типичных современных спектральных анализаторов составляет ДА.т)„ =1-ь5 рт, то можно оценить, что порог чувствительности волоконно-оптических датчиков деформаций может составлять гт1п = (0,2-ь1)-10'6, что превосходит аналогичные показатели для существующих волоконно-оптических датчиков. Коэффициент пропорциональности к зависит от структуры каналов, оптимизация которой позволяет повысить чувствительность волоконно-оптических датчиков в заданном диапазоне деформаций при работе в выбранной спектральной области.
Отдельный интерес представляют собой МС волноводы со сверхмалыми (субмикронными) размерами световодной сердцевины. Благодаря размерам световода основная часть модового поля распространяется в приповерхностной области снаружи световодного канала. Вследствие этого происходит эффективное взаимодействие эванеецнтного поля с окружающей световодиый канал средой, что