Ultrafast, graphene-based fiber lasers
-
Upload
jakubboguslawski -
Category
Science
-
view
287 -
download
1
description
Transcript of Ultrafast, graphene-based fiber lasers
1
Laser & Fiber Electronics Group
Wroclaw University of Technology
Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław
Ultrafast, graphene-based fiber lasers
Jakub Bogusławski
Presentation outline:
1. Introduction and motivation
2. Various types of saturable absorbers
3. Graphene
4. Experimental results
10.06.2014, Warsaw
2 10.06.2014, Warsaw
Motivation
Imaging
• Optical tomography
• Fluorescence microscopy
Material processing
•Precise microdrilling
• Production of nanostructures
• Cutting
• Processig of photovoltaics cells
Medicie
• Eye surgery
• Neurosurgery
• Dentistry
• Dermatology
• Cosmetology
Nanotechnology
• Production of low-dimentional structers
• Selective doping of semiconductors
Research
• Spectroscopy
• THz wave generation
• Nonlinear optics
• Supercontinuum generation
Telecommunication
• Frequency standard reference
•Ultra-short pulses: τ < 1 ps
3
Saturable absorbers
SEmiconductor Saturable Absorber Mirror
Graphene Saturable Absorber, GSA
Nonlinear Polarization Rotation, NPR
Carbon NanoTubes, CNT
4
Graphene as a saturable absorber
• The absorption of single layer: πα = 2,3% (lineary scalabe with a number of layers)
• Wavelength-independent absorption (broadband)
• Nonliniear optical respons (saturable absorption)
I. Baek et al. Appl. Phys. Express 5 (2012) 032701 Q. Bao et al. Adv. Funct. Mater. 19, 3077-3083 (2009)
5
Ultrafast, graphene-based fiber laser
Compact, reliable and simple construction. Characteristics: - τ = 200 fs - frep = 50 MHz - Pout = 2 mW
6
Thank you!
7
Rezonator laserowy
Warunek fali stojącej: λ = nL/2
Odstęp międzymodowy: Δf = c/2L
CZAS M
OC
Tryb pracy ciągłej (CW) Continuous Wave
Suma niekoherentna
8
Laser z synchronizacją modów
CZAS M
OC
Mody zsynchronizowane
φ = φM – φM-1 = const
Tryb pracy impulsowej
Impuls ultrakrótki
Fale w fazie
9
Nasycalne absorbery
Półprzewodniki: SESAM (SEmiconductor Saturable Absorber Mirror)
Grafen (!) (Graphene Saturable Absorber, GSA)
Nieliniowa rotacja polaryzacji (Nonlinear Polarization Rotation, NPR)
Nanorurki węglowe (Carbon NanoTubes, CNT)
10
Grafen jako nasycalny absorber
• Absorpcja pojedynczej warstwy grafenu: πα = 2,3% (rośnie liniowo wraz z ilością warstw)
• Absorpcja nie zależy od długości fali (szerokopasmowy)
• Posiada nieliniową podatność 3. rzędu (wykazuje efekt nasycalnej absorpcji)
I. Baek et al. Appl. Phys. Express 5 (2012) 032701 Q. Bao et al. Adv. Funct. Mater. 19, 3077-3083 (2009)
11
Lasery ultra-szybkie na bazie grafenu (1)
Parametry lasera:
•Długość fali 1565 nm
•Szerokość pasma > 11 nm
•Czas trwania impulsu: 315 fs
•Moc wyjściowa: 3 mW
•Częstotliwość repetycji: 58 MHz
G. Sobon et al., Journal of Lightwave Technology 30, 2770-2775 (2012) G. Sobon et al., Optics Express 20, 20, 19463-19473 (2012)
12
Lasery ultra-szybkie na bazie grafenu (2)
Możliwość osadzania grafenu otrzymanego różnymi metodami:
•Epitaksja CVD (z PMMA)
•Grafen chemiczny (roztwór)
•Eksfoliacja mechaniczna
G. Sobon et al., APL 100, 161109 (2012) G. Sobon et al., Laser Phys. Lett. 9, 581–586 (2012)
13
Lasery światłowodowe < 100 fs
• Mechanizm nieliniowej rotacji polaryzacji • Odstęp międzymodowy 200 MHz • Rezonator o zbalansowanej dyspersji
(„stretched-pulse”) • Ponad 40 nm pasma • Impulsy poniżej 100 fs • Moc średnia do 100 mW
14
Wzmacnianie impulsów ultrakrótkich
Koncepcja układu Chirped Pulse Amplification (CPA)
G. Sobon et al., Laser Phys. Lett. 10 (2013) 035104
• Moc średnia do 3 W • Impulsy < 400 fs • Moc szczytowa < 40 kW • Wiązka M2 ≈ 1
15
Zastosowania laserów ultra-szybkich
• Precyzyjne pomiary częstotliwości
• Metrologia (np. pomiar odległości)
• Zegary optyczne
• Spektroskopia o dużej rozdzielczości
• Generacja fal terahercowych
• Generacja impulsów attosekundowych w EUV
• Laserowa mikroobróbka materiałów
• Dermatologia, mikrochirurgia, itd.
• Badania naukowe, pump & probe, generacja zjawisk nieliniowych
• Mikroskopia, tomografia optyczna (OCT)
Dziękuję za uwagę!