Wzbudzenie drugich harmonicznych w szerokim spektrum
Odkrycie nieliniowych efektów optycznych drugiego rzędu w latach 60. XX wieku wzbudziło szerokie zainteresowanie badaczy, którzy do tej pory, bazując na efektach drugiej harmonicznej i częstotliwości, wytworzyli je w zakresie od skrajnego ultrafioletu do dalekiej podczerwieni.lasery, w znacznym stopniu przyczynił się do rozwoju lasera,optycznyprzetwarzanie informacji, obrazowanie mikroskopowe o wysokiej rozdzielczości i inne dziedziny. Zgodnie z nieliniowąoptykaZgodnie z teorią polaryzacji, nieliniowy efekt optyczny parzystego rzędu jest ściśle związany z symetrią kryształu, a współczynnik nieliniowości nie jest zerowy tylko w ośrodkach symetrycznych z niecentralną inwersją. Jako najbardziej podstawowy efekt nieliniowy drugiego rzędu, drugie harmoniczne znacznie utrudniają jego generowanie i efektywne wykorzystanie w światłowodzie kwarcowym ze względu na formę amorficzną i symetrię inwersji środka. Obecnie metody polaryzacji (polaryzacja optyczna, polaryzacja termiczna, polaryzacja pola elektrycznego) mogą sztucznie zniszczyć symetrię inwersji środka materiału światłowodu i skutecznie poprawić nieliniowość drugiego rzędu światłowodu. Jednak metoda ta wymaga złożonej i wymagającej technologii przygotowania i może spełnić warunki dopasowania quasi-fazowego jedynie przy dyskretnych długościach fal. Pierścień rezonansowy światłowodu oparty na modzie echa ogranicza szerokie widmo wzbudzenia drugich harmonicznych. Poprzez złamanie symetrii struktury powierzchni włókna, powierzchniowe drugie harmoniczne w tym włóknie o specjalnej strukturze ulegają pewnemu wzmocnieniu, ale nadal zależą od femtosekundowego impulsu pompującego o bardzo wysokiej mocy szczytowej. Dlatego generowanie nieliniowych efektów optycznych drugiego rzędu w strukturach całkowicie światłowodowych oraz poprawa wydajności konwersji, a zwłaszcza generowanie szerokospektralnych drugich harmonicznych w ciągłym pompowaniu optycznym o niskiej mocy, to podstawowe problemy wymagające rozwiązania w dziedzinie nieliniowej optyki światłowodowej i urządzeń, mające istotne znaczenie naukowe i szerokie zastosowanie.
Zespół badawczy w Chinach zaproponował warstwowy schemat integracji faz kryształów selenku galu z mikro-nanowłóknem. Wykorzystując wysoką nieliniowość drugiego rzędu i dalekosiężne uporządkowanie kryształów selenku galu, zrealizowano szerokospektralny proces wzbudzenia drugiej harmonicznej i konwersji wieloczęstotliwościowej, co stanowi nowe rozwiązanie w zakresie udoskonalenia wieloparametrycznych procesów w światłowodzie i przygotowania szerokopasmowego sygnału drugiej harmonicznej.źródła światła. Skuteczne wzbudzenie drugiej harmonicznej i efektu częstotliwości sumarycznej w schemacie zależy głównie od następujących trzech kluczowych warunków: dużej odległości oddziaływania światła z materią między selenkiem galu amikro-nanowłókno, wysoka nieliniowość drugiego rzędu i dalekosiężne uporządkowanie kryształu warstwowego selenku galu, a także spełnione są warunki dopasowania fazowego częstotliwości podstawowej i trybu podwajania częstotliwości.
W eksperymencie mikro-nanowłókno przygotowane za pomocą systemu zwężania skanującego płomieniem ma jednorodny obszar stożka rzędu milimetra, co zapewnia długą nieliniową długość działania dla światła pompującego i drugiej fali harmonicznej. Nieliniowa polaryzowalność drugiego rzędu zintegrowanego kryształu selenku galu przekracza 170 pm/V, co jest wartością znacznie wyższą niż wewnętrzna nieliniowa polaryzowalność światłowodu. Co więcej, dalekosiężna uporządkowana struktura kryształu selenku galu zapewnia ciągłą interferencję fazową drugich harmonicznych, w pełni wykorzystując zalety dużej nieliniowej długości działania w mikro-nanowłóknie. Co ważniejsze, dopasowanie fazowe między pompującym optycznym modem bazowym (HE11) a wyższym modem drugiej harmonicznej (EH11, HE31) jest realizowane poprzez kontrolowanie średnicy stożka, a następnie regulację dyspersji falowodu podczas przygotowywania mikro-nanowłókna.
Powyższe warunki stanowią podstawę efektywnego i szerokopasmowego wzbudzania drugich harmonicznych w mikro-nanowłóknach. Eksperyment pokazuje, że drugie harmoniczne na poziomie nanowatów można uzyskać pod wpływem pikosekundowej pompy laserowej o długości fali 1550 nm, a drugie harmoniczne można również efektywnie wzbudzić pod wpływem ciągłej pompy laserowej o tej samej długości fali, a moc progowa wynosi zaledwie kilkaset mikrowatów (rysunek 1). Ponadto, gdy światło pompujące jest rozszerzone na trzy różne długości fali ciągłego lasera (1270/1550/1590 nm), obserwuje się trzy drugie harmoniczne (2w1, 2w2, 2w3) i trzy sumaryczne sygnały częstotliwościowe (w1+w2, w1+w3, w2+w3) dla każdej z sześciu długości fali konwersji częstotliwości. Zastąpienie źródła światła pompującego ultrafioletową diodą elektroluminescencyjną (SLED) o szerokości pasma 79,3 nm pozwala na generowanie drugiej harmonicznej o szerokim spektrum i szerokości pasma 28,3 nm (rysunek 2). Ponadto, jeśli w niniejszym badaniu technologia chemicznego osadzania z fazy gazowej zostanie zastąpiona technologią transferu suchego, a na powierzchni mikro-nanowłókna będzie można wyhodować mniej warstw kryształów selenku galu na dużych odległościach, oczekuje się dalszej poprawy wydajności konwersji drugiej harmonicznej.
Rys. 1 Układ generowania drugiej harmonicznej i wyniki w strukturze całkowicie światłowodowej
Rysunek 2 Mieszanie wielu długości fali i szerokospektralne drugie harmoniczne przy ciągłym pompowaniu optycznym
Czas publikacji: 20-05-2024