La région spectrale de l’infrarouge moyen a suscité un grand intérêt dans la recherche au cours de la dernière décennie, car elle est importante pour de nombreuses applications biomédicales et de détection. Cependant, il reste encore un défi majeur à relever pour développer des sources lumineuses à base de fibres compactes et accordables fonctionnant à des longueurs d’onde supérieures à 2 µm.
La diffusion Raman est un processus non linéaire qui peut être utilisé pour générer ou amplifier des signaux optiques dans des régions de longueur d’onde où les sources lumineuses traditionnelles sont limitées ou indisponibles. Ainsi, lorsqu’ils sont construits à partir de lasers de haute puissance et de guides d’ondes dotés de larges fenêtres de transmission, les systèmes Raman peuvent être utilisés pour traduire les sources de pompage du proche infrarouge en infrarouge moyen afin de combler les lacunes de longueur d’onde dans cette région.
Dans un nouvel article publié dans Lumière : science et applicationsune équipe de recherche internationale dirigée par le professeur Anna C. Peacock du Centre de recherche en optoélectronique de l’Université de Southampton, Royaume-Uni, a démontré des niveaux élevés d’amplification Raman à des longueurs d’onde s’étendant au-delà de 2 μm en utilisant une fibre à noyau de silicium hautement non linéaire (SCF ) plate-forme.
Comparés aux systèmes planaires au silicium, les SCF sont devenus une plate-forme intéressante pour l’amplification Raman dans l’infrarouge moyen, car ils offrent des longueurs de propagation étendues, de faibles pertes de propagation et un couplage efficace aux lasers à fibre. Le SCF utilisé dans ce travail a été fabriqué par une méthode d’étirage à noyau fondu, qui permet la production rapide de grandes longueurs de fibres.
La fibre a ensuite été post-traitée via une procédure de effilage, qui améliore les performances non linéaires grâce à l’optimisation du matériau et de la taille du noyau. Le SCF résultant a été produit avec une perte de transmission de seulement 0,2 dB/cm, avec un diamètre de taille conique constant de la taille d’un micromètre sur une longueur de 6 cm.
En pompant le SCF optimisé avec un laser à fibre dopé au thulium, l’équipe a démontré l’émission et l’amplification Raman à 2,2 μm. Dans le cas de l’amplification Raman stimulée, un gain de crête marche-arrêt d’environ 30 dB a été obtenu pour une puissance de pompe d’environ 10 mW seulement, grâce au coefficient de gain Raman élevé du matériau du noyau cristallin.
Il est important de noter que les faibles pertes du SCF ouvrent également la voie à l’extension de la longueur d’onde Raman jusqu’à 4 µm et au-delà via des processus en cascade. Ce travail représente la première démonstration de la diffusion Raman dans l’infrarouge moyen dans n’importe quel système de guide d’onde en silicium (qu’il soit basé sur une fibre ou sur une puce) et constitue ainsi une étape cruciale vers le développement de systèmes robustes, compacts et accordables dans cette bande spectrale.
Plus d’information:
Meng Huang et al, Amplification Raman à 2,2 μm dans des fibres à noyau de silicium avec perspectives de génération étendue de sources infrarouges moyennes, Lumière : science et applications (2023). DOI : 10.1038/s41377-023-01250-y