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Ondas anómalas ópticas

Observación experimental de ondas ópticas anómalas. Trazas temporales de una sola toma para tres niveles diferentes de potencia de bombeo (crecientes de arriba a abajo) e histog...

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Observación experimental de ondas ópticas anómalas. Trazas temporales de una sola toma para tres niveles diferentes de potencia de bombeo (crecientes de arriba a abajo) e histogramas correspondientes. Cada traza temporal contiene ~15 000 eventos. Los eventos anómalos alcanzan intensidades de al menos 30–40 veces el valor promedio. [ 1 ]

Las ondas ópticas anómalas son pulsos de luz raros análogos a las olas oceánicas anómalas o extrañas . [ 1 ] El término ondas ópticas anómalas se acuñó para describir pulsos raros de luz de banda ancha que surgen durante el proceso de generación de supercontinuo , un proceso no lineal sensible al ruido en el que se genera radiación de banda extremadamente ancha a partir de una forma de onda de entrada de banda estrecha, en fibra óptica no lineal. En este contexto, las ondas ópticas anómalas se caracterizan por un excedente anómalo de energía en longitudes de onda particulares (por ejemplo, aquellas desplazadas hacia el rojo de la forma de onda de entrada) o una potencia máxima inesperada. Se ha demostrado que estos eventos anómalos siguen estadísticas de cola pesada , también conocidas como estadísticas en forma de L, estadísticas de cola gorda o estadísticas de valores extremos. [ 1 ] [ 2 ] Estas distribuciones de probabilidad se caracterizan por colas largas : los valores atípicos grandes ocurren raramente, pero mucho más frecuentemente de lo esperado por las estadísticas gaussianas y la intuición. Estas distribuciones también describen las probabilidades de olas oceánicas anómalas [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] y diversos fenómenos tanto en el mundo artificial como en el natural. [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] A pesar de su infrecuencia, los eventos raros ejercen una influencia significativa en muchos sistemas. Aparte de las similitudes estadísticas, se sabe que las ondas de luz que viajan en fibras ópticas obedecen a matemáticas similares a las de las olas de agua que viajan en mar abierto (la ecuación de Schrödinger no lineal ), lo que respalda la analogía entre las olas gigantes oceánicas y sus contrapartes ópticas. [ 1 ] De manera más general, la investigación ha expuesto una serie de analogías diferentes entre eventos extremos en óptica y sistemas hidrodinámicos. Una diferencia práctica clave es que la mayoría de los experimentos ópticos se pueden realizar con un aparato de mesa, ofrecen un alto grado de control experimental y permiten adquirir datos extremadamente rápido. [ 1 ] En consecuencia, las olas gigantes ópticas son atractivas para la investigación experimental y teórica y se han convertido en un fenómeno muy estudiado. [ 12 ] [ 13 ] Los detalles de la analogía entre ondas extremas en ópticaLa hidrodinámica puede variar según el contexto, pero la existencia de eventos raros y estadísticas extremas en los fenómenos relacionados con las olas es un punto en común.

Historia

Las ondas ópticas anómalas se reportaron inicialmente en 2007 a partir de experimentos que investigaban las propiedades estocásticas de la generación de supercontinuo a partir de un tren de pulsos de entrada de picosegundos casi idénticos . [ 1 ] En los experimentos, se inyectó radiación de un láser de bloqueo de modos ( tren de pulsos de megahercios) en una fibra óptica no lineal y se midieron las características de la radiación de salida a nivel de disparo único para miles de pulsos (eventos). Estas mediciones revelaron que los atributos de los pulsos individuales pueden ser marcadamente diferentes de los del promedio del conjunto. En consecuencia, estos atributos normalmente se promedian u ocultan en las observaciones promediadas en el tiempo. Las observaciones iniciales se realizaron en la Universidad de California, Los Ángeles, como parte de una investigación financiada por DARPA [ 14 ] que tenía como objetivo aprovechar el supercontinuo para la conversión A/D de estiramiento temporal y otras aplicaciones en las que se requieren fuentes de luz blanca estables (por ejemplo, espectroscopia en tiempo real). El estudio de las ondas ópticas anómalas demostró finalmente que la generación de supercontinuo estimulada (como se describe más adelante) proporciona un medio para calmar dichas fuentes de banda ancha. [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]

La información espectral resuelta por pulsos se obtuvo extrayendo longitudes de onda alejadas de la del pulso de entrada mediante un filtro de paso largo y detectando la luz filtrada con un fotodiodo y un osciloscopio digital en tiempo real . [ 1 ] La radiación también puede resolverse espectralmente con la transformada de Fourier dispersiva de estiramiento temporal (TS-DFT) , que produce un mapeo de longitud de onda a tiempo tal que las trazas temporales recopiladas para cada evento corresponden al perfil espectral real en el ancho de banda filtrado. Posteriormente, la TS-DFT se ha utilizado para estirar los espectros de salida completos (sin filtrar) de dichos pulsos de banda ancha, lo que permite la medición de espectros completos resueltos por pulsos a la frecuencia de repetición de megahercios de la fuente (véase más adelante). [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]

Las mediciones resueltas por pulsos mostraron que una fracción de los pulsos tenía un contenido energético con desplazamiento al rojo mucho mayor que la mayoría de los eventos. [ 1 ] En otras palabras, la energía que pasaba por el filtro era mucho mayor para una pequeña fracción de los eventos, y la fracción de eventos con contenido energético anómalo en esta banda espectral podía aumentarse elevando la potencia de los pulsos de entrada. Los histogramas de este contenido energético mostraron propiedades de cola pesada. En algunos escenarios, la gran mayoría de los eventos tenía una cantidad insignificante de energía dentro del ancho de banda del filtro (es decir, por debajo del nivel de ruido de medición), mientras que un pequeño número de eventos tenía energías al menos 30–40 veces el valor promedio, lo que los hacía muy claramente visibles.

La analogía entre estos eventos ópticos extremos y olas gigantes hidrodinámicas se desarrolló inicialmente al observar una serie de paralelismos, incluyendo el papel de los solitones, estadísticas de cola pesada, dispersión, inestabilidad de modulación y efectos de desplazamiento descendente de frecuencia. [ 1 ] Además, se utilizan formas de la ecuación de Schrödinger no lineal para modelar tanto la propagación de pulsos ópticos en fibra no lineal como las olas de aguas profundas , [ 24 ] incluyendo olas gigantes hidrodinámicas. [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] Luego se realizaron simulaciones con la ecuación de Schrödinger no lineal en un esfuerzo por modelar los hallazgos ópticos. [ 1 ] Para cada ensayo o evento, las condiciones iniciales consistieron en un pulso de entrada y una cantidad mínima de ruido de entrada de banda ancha. Las condiciones iniciales (es decir, potencia del pulso y nivel de ruido) se eligieron de manera que el ensanchamiento espectral fuera relativamente limitado en los eventos típicos. Al recopilar los resultados de los ensayos, se observaron estadísticas de energía filtrada muy similares en comparación con las observadas experimentalmente. Las simulaciones mostraron que los eventos raros habían experimentado un ensanchamiento espectral significativamente mayor que los demás, debido a que se había eyectado un solitón en la primera clase de eventos, pero no en la gran mayoría de ellos. Al aplicar un análisis de correlación entre la energía de salida desplazada al rojo y el ruido de entrada, se observó que un componente particular del ruido de entrada se elevaba cada vez que se generaba un excedente en el ruido desplazado al rojo. El componente de ruido crítico tiene una frecuencia y una sincronización específicas con respecto a la envolvente del pulso; un componente de ruido que siembra eficientemente la inestabilidad de modulación y, por lo tanto, puede acelerar el inicio de la fisión del solitón. [ 1 ]

Principios

Generación de supercontinuo con pulsos largos

La generación de supercontinuo es un proceso no lineal en el que una luz de entrada intensa, generalmente pulsada, se ensancha en un espectro de banda ancha. Este ensanchamiento puede implicar diferentes vías según las condiciones experimentales, lo que da lugar a propiedades de salida variables. Se pueden lograr factores de ensanchamiento particularmente grandes al inyectar radiación de bombeo de banda estrecha (pulsos largos o radiación de onda continua) en una fibra no lineal en o cerca de su longitud de onda de dispersión cero o en el régimen de dispersión anómala . Estas características dispersivas favorecen la inestabilidad de modulación , que amplifica el ruido de entrada y forma bandas laterales de Stokes y anti-Stokes alrededor de la longitud de onda de bombeo. Este proceso de amplificación, que se manifiesta en el dominio del tiempo como una modulación creciente en la envolvente del pulso de entrada, conduce a la generación de solitones de orden superior, que se descomponen en solitones fundamentales y radiación dispersiva acoplada. Este proceso, conocido como fisión de solitones, ocurre en la generación de supercontinuo bombeada tanto por pulsos cortos como largos, pero con pulsos ultracortos, la amplificación del ruido no es un requisito previo para que ocurra. Estos productos de fisión solitónicos y dispersivos presentan desplazamiento al rojo y al azul, respectivamente, con respecto a la longitud de onda de bombeo. Con una mayor propagación, los solitones continúan desplazándose hacia el rojo mediante el desplazamiento de frecuencia Raman , un proceso de dispersión inelástica . [ 29 ] [ 30 ]

Fluctuaciones

La generación de supercontinuo puede ser sensible al ruido. [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ] Especialmente con radiación de entrada de banda estrecha y grandes factores de ensanchamiento, gran parte del ensanchamiento espectral se inicia por el ruido de entrada, lo que hace que las propiedades espectrales y temporales de la radiación hereden una variabilidad sustancial de disparo a disparo y sean altamente sensibles a las condiciones iniciales. Estas variaciones de disparo a disparo normalmente pasan desapercibidas en las mediciones convencionales ya que promedian sobre un número muy grande de pulsos. Basado en tales mediciones promediadas en el tiempo, el perfil espectral del supercontinuo generalmente aparece suave y relativamente sin rasgos distintivos, mientras que, el espectro de un solo pulso puede estar altamente estructurado en comparación. Otros efectos como la gestión de la dispersión [ 34 ] [ 35 ] y los cambios de polarización [ 36 ] también pueden influir en la estabilidad y el ancho de banda.

Tanto la potencia de bombeo como el nivel de ruido de entrada son influyentes en el proceso de generación de supercontinuo, determinando, por ejemplo, el factor de ensanchamiento y el inicio de la fisión de solitones. [ 1 ] [ 20 ] Por debajo del umbral de fisión de solitones, el número de solitones generados a partir de un pulso de salida promedio es inferior a uno, y muy por encima del umbral, puede ser bastante grande. En el caso de una alta potencia de bombeo, la fisión de solitones a menudo se ha comparado con el inicio de la ebullición en un líquido sobrecalentado en el sentido de que la transición comienza de manera bastante repentina y explosiva. [ 16 ] En resumen, la generación de supercontinuo amplifica el ruido de entrada, transfiriendo sus propiedades a las características macroscópicas del tren de pulsos ensanchado. Muchas de las fuentes de supercontinuo disponibles comercialmente son bombeadas por pulsos largos y, por lo tanto, tienden a tener fluctuaciones espectrales relativamente significativas de pulso a pulso.

El ruido de entrada, o cualquier otro estímulo, que coincida con la sincronización de la porción sensible de la envolvente de bombeo y el desplazamiento de frecuencia de la ganancia de inestabilidad de modulación experimenta la mayor amplificación. La interacción entre la no linealidad y la dispersión crea una porción particular en la envolvente de bombeo donde la ganancia de inestabilidad de modulación es suficientemente grande y el desfase entre el bombeo y la modulación creciente no es demasiado rápido. [ 16 ] La frecuencia de esta ventana sensible generalmente se desplaza sustancialmente de la longitud de onda de entrada del bombeo, especialmente si el bombeo está cerca de la longitud de onda de dispersión cero de la fibra. Experimentalmente, la fuente dominante de dicho ruido es típicamente la emisión espontánea amplificada (ASE) del propio láser o de los amplificadores utilizados para aumentar la potencia óptica . Una vez que la modulación creciente se vuelve suficientemente grande, la fisión de solitones comienza repentinamente, liberando uno o más solitones desplazados al rojo, que viajan mucho más lento que los remanentes de la envolvente original y continúan desplazándose hacia el rojo debido a la dispersión Raman. Se puede utilizar un filtro de detección correctamente posicionado para detectar sucesos anómalos, como un solitón poco común que se ha liberado debido a un pequeño exceso en el componente clave del ruido de entrada.

Estadísticas no gaussianas

Las estadísticas no gaussianas surgen debido al mapeo no lineal de condiciones iniciales aleatorias a estados de salida. Por ejemplo, la inestabilidad de modulación amplifica el ruido de entrada, lo que finalmente conduce a la formación de solitones. Asimismo, en sistemas que presentan propiedades estadísticas de cola pesada, las condiciones de entrada aleatorias suelen introducirse a través de una variable aparentemente insignificante, no trivial u oculta. Este suele ser el caso de las ondas anómalas ópticas; por ejemplo, pueden originarse a partir de un componente de ruido fuera de banda específico , que generalmente es muy débil y pasa desapercibido. Sin embargo, en los estados de salida, estas pequeñas variaciones de entrada pueden magnificarse en grandes oscilaciones potenciales en observables clave. Estos últimos pueden, por lo tanto, exhibir fluctuaciones sustanciales sin una razón aparente. Así, la aparición de estadísticas extremas suele ser sorprendente no solo por sus asignaciones de probabilidad contraintuitivas, sino también porque con frecuencia indican una sensibilidad no trivial o inesperada a las condiciones iniciales. Es importante reconocer que las ondas anómalas, tanto en óptica como en hidrodinámica, son fenómenos clásicos y, por lo tanto, intrínsecamente deterministas. Sin embargo, el determinismo no implica necesariamente que sea sencillo o práctico realizar predicciones útiles. Las ondas ópticas anómalas y sus propiedades estadísticas pueden investigarse en simulaciones numéricas con la ecuación de Schrödinger no lineal generalizada, [ 1 ] [ 2 ] una ecuación de propagación clásica que también se utiliza para modelar la generación de supercontinuo y, más generalmente, la propagación de pulsos en fibra óptica. [ 30 ] [ 37 ] En dichas simulaciones, se necesita una fuente de ruido de entrada para producir las variaciones estocásticas de salida. Con frecuencia, se emplea ruido de fase de entrada con una amplitud de potencia de un fotón por modo, correspondiente al ruido de disparo . Sin embargo, los niveles de ruido superiores al de un fotón por modo suelen ser más realistas experimentalmente y a menudo necesarios. [ 20 ] [ 22 ] [ 38 ]

Las mediciones de energía desplazada al rojo sirven como un medio para detectar la presencia de solitones raros. [ 1 ] Además, la intensidad máxima y la energía desplazada al rojo son variables bien correlacionadas en la generación de supercontinuo con un número bajo de solitones; por lo tanto, la energía desplazada al rojo sirve como un indicador de la intensidad máxima en este régimen. [ 22 ] Esto puede entenderse al reconocer que para un número de solitones suficientemente pequeño, solo los eventos raros contienen un solitón bien formado. Dicho solitón tiene una duración corta y una alta intensidad máxima, y ​​la dispersión Raman asegura que también esté desplazado al rojo en relación con la mayoría de la radiación de entrada. Incluso si ocurre más de un solitón en un solo evento, el más intenso generalmente tiene la energía desplazada al rojo más grande en este escenario. Los solitones generalmente tienen poca oportunidad de interactuar con otras características intensas. Como se señaló anteriormente, la situación a mayor potencia de bombeo es diferente en que la fisión del solitón ocurre explosivamente; [ 22 ] Las estructuras de solitones aparecen en número en esencialmente el mismo punto de la fibra y relativamente temprano en la propagación, lo que permite que ocurran colisiones [ 29 ] . Dichas colisiones están acompañadas de un intercambio de energía facilitado por la dispersión de tercer orden y los efectos Raman, lo que hace que algunos solitones absorban energía de otros, creando así el potencial de desplazamientos al rojo espectrales anómalos. [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ] En esta situación, las ocurrencias anómalas no están necesariamente ligadas a las mayores intensidades de pico. En resumen, los solitones raros pueden generarse a bajos niveles de potencia de bombeo o ruido de entrada, y estos eventos pueden identificarse por su energía desplazada al rojo. A mayor potencia, se generan muchos solitones y las simulaciones sugieren que sus colisiones también pueden producir extremos en la energía desplazada al rojo, aunque en este caso, la energía desplazada al rojo y la intensidad de pico pueden no estar tan fuertemente correlacionadas. También se cree que las olas gigantes oceánicas surgen tanto de la siembra de inestabilidad de modulación como de colisiones entre solitones, [ 42 ] como en el escenario óptico. [ 22 ]

Justo por encima del umbral de fisión de solitones, donde se liberan uno o más solitones en un evento típico, se detectan eventos raros de banda estrecha como deficiencias en la energía desplazada al rojo. [ 43 ] En este régimen de operación, la energía desplazada al rojo resuelta por pulso sigue estadísticas de cola pesada asimétricas a la izquierda. Estos eventos raros de banda estrecha generalmente no están correlacionados con reducciones en los componentes del ruido de entrada. En cambio, se produce una rara frustración del ensanchamiento espectral porque los componentes de ruido pueden generar múltiples características presolitónicas; por lo tanto, las semillas pueden competir eficazmente por la ganancia dentro de la envolvente de bombeo y, por consiguiente, el crecimiento se suprime. [ 43 ] Bajo diversas condiciones de operación (nivel de potencia de bombeo, longitud de onda del filtro, etc.), se observa una amplia variedad de distribuciones estadísticas. [ 1 ] [ 22 ] [ 43 ]

Otras condiciones

Las fuentes de supercontinuo impulsadas por pulsos de bombeo ultracortos (del orden de decenas de femtosegundos de duración o menos) son generalmente mucho más estables que las bombeadas por pulsos más largos. [ 30 ] [ 44 ] Aunque tales fuentes de supercontinuo pueden utilizar dispersión anómala o nula, las longitudes de propagación suelen ser lo suficientemente cortas como para que la inestabilidad de modulación sembrada por ruido tenga un impacto menos significativo. La naturaleza de banda ancha de la radiación de entrada hace que se puedan lograr supercontinuos que abarquen una octava con factores de ensanchamiento relativamente modestos. Aun así, la dinámica de ruido de tales fuentes puede seguir siendo no trivial, aunque generalmente son estables y pueden ser adecuadas para mediciones resueltas en el tiempo de precisión y metrología de frecuencia . Sin embargo, la fluctuación temporal de solitones en la generación de supercontinuo con pulsos de 100 fs también se ha rastreado a la amplificación del ruido de entrada por inestabilidad de modulación, [ 45 ] y se han observado estadísticas en forma de L en la energía filtrada en fuentes de supercontinuo impulsadas por tales pulsos. [ 46 ] También se han observado estadísticas extremas con bombeo en el régimen de dispersión normal, donde la inestabilidad de modulación ocurre debido a la contribución de la dispersión de orden superior. [ 47 ]

Turbulencia y respiradores

Solitón peregrino en óptica [ 48 ]

La turbulencia de ondas o la inestabilidad convectiva inducida por la dispersión de tercer orden y/o la dispersión Raman también se han empleado para describir la formación de ondas anómalas ópticas. [ 40 ] [ 41 ] [ 49 ] La dispersión de tercer orden y la dispersión Raman juegan un papel central en la generación de grandes desplazamientos al rojo, y la turbulencia trata las propiedades estadísticas de ondas débilmente acopladas con fases relativas aleatorias. Otra descripción teórica centrada en la metodología analítica ha examinado ondas no lineales periódicas conocidas como respiradores. [ 50 ] Estas estructuras proporcionan un medio para investigar la inestabilidad de modulación y son de naturaleza solitónica. [ 51 ] El solitón de Peregrine , [ 52 ] una solución específica de respirador, ha atraído la atención como un posible tipo de onda anómala que puede tener importancia en óptica e hidrodinámica, y esta solución se ha observado experimentalmente en ambos contextos. [ 53 ] [ 54 ] Sin embargo, la naturaleza estocástica de las ondas anómalas en óptica e hidrodinámica es una de sus características definitorias, pero sigue siendo una cuestión abierta para estas soluciones, así como para otras formas analíticas postuladas. [ 13 ]

Eventos extremos en la filamentación del haz

Se han observado fenómenos extremos en estudios de disparo único de la dinámica temporal de la filamentación de haces ópticos en el aire [ 55 ] y los perfiles transversales bidimensionales de haces que forman múltiples filamentos en una celda de xenón no lineal. [ 56 ] En los estudios anteriores, el análisis espectral de filamentos ópticos autoguiados, que se generaron con pulsos cercanos a la potencia crítica para la filamentación en el aire, mostró que las estadísticas disparo a disparo se vuelven de cola pesada en los bordes de longitud de onda corta y larga del espectro. Denominado estadística de ondas anómalas ópticas, este comportamiento se estudió en simulaciones, que apoyaron una explicación basada en la transferencia de ruido de bombeo por automodulación de fase . [ 55 ] En el último estudio experimental, se observó que filamentos de intensidad extrema descritos como ondas anómalas ópticas emergían debido a fusiones entre cadenas de filamentos cuando se generan múltiples filamentos. Por el contrario, se encontró que las propiedades estadísticas eran aproximadamente gaussianas para números bajos de filamentos. Se observó que los eventos espaciotemporales extremos se encuentran solo en ciertos medios no lineales, aunque otros medios presentan respuestas no lineales mayores, y los hallazgos experimentales sugirieron que las fluctuaciones termodinámicas inducidas por láser dentro del medio no lineal son el origen de los eventos extremos observados en la multifilamentación. [ 56 ] También se han realizado predicciones numéricas de ocurrencias extremas en la filamentación de haces múltiples, con algunas diferencias en las condiciones y la interpretación. [ 57 ] [ 58 ]

Generación de supercontinuo estimulada

La generación de supercontinuo es generalmente inestable cuando se bombea con pulsos largos. La aparición de ondas ópticas anómalas es una manifestación extrema de esta inestabilidad y surge debido a una sensibilidad a un componente particular del ruido de entrada. [ 1 ] Esta sensibilidad puede explotarse para estabilizar y aumentar la eficiencia de generación del proceso de ensanchamiento espectral mediante la siembra activa de la inestabilidad con una señal controlada en lugar de permitir que comience a partir del ruido. [ 15 ] [ 16 ] La siembra puede lograrse con un pulso semilla óptico extraordinariamente débil y diseñado a medida, que estabiliza la radiación de supercontinuo controlando o estimulando activamente la inestabilidad de modulación. Mientras que la radiación de supercontinuo inducida por ruido (es decir, generada espontáneamente) generalmente tiene un ruido de intensidad significativo y poca o ninguna coherencia pulso a pulso, la estimulación controlada da como resultado un tren de pulsos de supercontinuo con una estabilidad de fase y amplitud mucho mejorada. [ 16 ] Además, el estímulo también puede usarse para accionar la salida de banda ancha, es decir, para encender y apagar el supercontinuo aplicando o bloqueando la semilla. La semilla puede derivarse del pulso de bombeo ensanchando ligeramente una porción del mismo y luego recortando una porción estable de la cola ensanchada. El retardo relativo entre los pulsos de bombeo y semilla se ajusta en consecuencia, y los dos pulsos se combinan en la fibra no lineal. Alternativamente, el supercontinuo estimulado extremadamente estable puede generarse derivando tanto la radiación de bombeo como la de semilla de un proceso paramétrico, por ejemplo, la salida de dos colores (señal e idler) de un oscilador paramétrico óptico . [ 18 ] También se han estudiado modulaciones de entrada añadidas para cambiar la frecuencia de eventos raros [ 2 ] y se puede emplear retroalimentación óptica para acelerar el proceso de ensanchamiento espectral. [ 59 ] La radiación de supercontinuo estimulado también puede generarse utilizando una semilla de onda continua independiente, [ 19 ] lo que evita la necesidad de controlar la sincronización, pero la semilla debe tener una potencia media más alta. Se ha empleado una fuente de supercontinuo con semilla de onda continua en microscopía de estiramiento temporal, produciendo imágenes mejoradas en comparación con las obtenidas utilizando fuentes sin semilla. [ 60 ] La generación de supercontinuo estimulado puede ralentizarse o frustrarse aplicando un segundo pulso semilla con la frecuencia y el tiempo adecuados a la mezcla. [ 43 ]Así, la aplicación de un pulso semilla puede acelerar el proceso de ensanchamiento espectral, y la aplicación de un segundo pulso semilla puede, una vez más, retrasar dicho ensanchamiento. Este efecto de frustración se produce porque los dos pulsos semilla compiten efectivamente por la ganancia dentro de la envolvente de bombeo, y es una versión controlada de los raros eventos de banda estrecha que se sabe que ocurren estocásticamente en ciertos trenes de pulsos de supercontinuo (véase más arriba). [ 43 ]

La estimulación se ha aprovechado para mejorar la generación de supercontinuo basado en silicio en longitudes de onda de telecomunicaciones. [ 61 ] Normalmente, el ensanchamiento espectral en el silicio es autolimitante debido a los fuertes efectos de absorción no lineal: la absorción de dos fotones y la generación de portadores libres asociada agotan rápidamente la bomba, y el aumento de la potencia de la bomba conduce a un agotamiento más rápido. [ 62 ] En los nanocables de silicio, la generación de supercontinuo estimulada puede extender enormemente el factor de ensanchamiento al eludir el efecto de sujeción de la pérdida no lineal, hacer que el ensanchamiento sea mucho más eficiente y producir radiación de salida coherente con la radiación semilla adecuada. [ 61 ]

Espectros resueltos por pulsos

Se han mapeado perfiles espectrales completos de disparo único de inestabilidad de modulación y supercontinuo en el dominio del tiempo con TS-DFT para captura a frecuencias de repetición de megahercios. [ 20 ] [ 21 ] [ 63 ] Estos experimentos se han utilizado para recolectar grandes volúmenes de datos espectrales muy rápidamente, lo que permite análisis estadísticos detallados de la dinámica subyacente de maneras que son extremadamente difíciles o imposibles de lograr con técnicas de medición estándar. Se han identificado correlaciones intrapulso latentes en espectros de inestabilidad de modulación y supercontinuo a través de tales experimentos. En particular, las mediciones espectrales con TS-DFT se han empleado para revelar una serie de aspectos clave de la inestabilidad de modulación en el escenario pulsado (es decir, confinado temporalmente). [ 20 ] Los datos experimentales muestran que la inestabilidad de modulación amplifica modos espectrales discretos, que exhiben asimetría de modo entre longitudes de onda Stokes y anti-Stokes. Además, la dinámica muestra efectos de competencia prominentes entre estos modos amplificados, una interacción que favorece el dominio de un modo sobre otros. Estas mediciones TS-DFT han proporcionado información sobre el mecanismo que a menudo hace que patrones individuales dominen una región espacial o temporal determinada en los diversos contextos en los que aparece la inestabilidad de modulación. Este tipo de crecimiento de modo exclusivo también es influyente en la iniciación de ondas anómalas ópticas. Ópticamente, estas características se hacen evidentes en estudios de disparo único de inestabilidad de modulación impulsada por pulsos, pero tales efectos normalmente no son reconocibles en mediciones promediadas en el tiempo debido al ensanchamiento inhomogéneo del perfil de ganancia de la inestabilidad de modulación. [ 20 ] La adquisición de un gran número de tales espectros de disparo único también tiene un papel crítico en estos análisis. Esta técnica de medición se ha utilizado para medir espectros de supercontinuo que abarcan una octava en ancho de banda, y en tales mediciones de banda ancha, se han observado solitones anómalos raros en longitudes de onda desplazadas al rojo. [ 63 ] Las mediciones espectrales de disparo único con TS-DFT también han registrado distribuciones de probabilidad tipo onda anómala causadas por dinámicas Raman en cascada en el proceso de conversión Raman intracavitaria en un láser de fibra parcialmente bloqueado en modo. [ 64 ]

Referencias

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