Wzbudzenie drugich harmonicznych w szerokim spektrum
Od czasu odkrycia nieliniowych efektów optycznych drugiego rzędu w latach sześćdziesiątych XX wieku wzbudziło ono szerokie zainteresowanie badaczy, dotychczas w oparciu o efekty drugiej harmonicznej i częstotliwości wytwarzało promieniowanie od skrajnego ultrafioletu do dalekiej podczerwienilasery, znacznie promował rozwój lasera,optycznyprzetwarzanie informacji, obrazowanie mikroskopowe o wysokiej rozdzielczości i inne dziedziny. Zgodnie z nieliniowymoptykai teorii polaryzacji, nieliniowy efekt optyczny parzystego rzędu jest ściśle powiązany z symetrią kryształu, a współczynnik nieliniowy nie wynosi zero tylko w ośrodkach symetrycznych o niecentralnej inwersji. Jako najbardziej podstawowy efekt nieliniowy drugiego rzędu, drugie harmoniczne znacznie utrudniają ich wytwarzanie i efektywne wykorzystanie we włóknie kwarcowym ze względu na amorficzną formę i symetrię inwersji środka. Obecnie metody polaryzacji (polaryzacja optyczna, polaryzacja termiczna, polaryzacja pola elektrycznego) mogą sztucznie zniszczyć symetrię inwersji środka materiałowego światłowodu i skutecznie poprawić nieliniowość drugiego rzędu światłowodu. Jednakże 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 trybie ściany echa ogranicza szerokie spektrum wzbudzenia drugiej harmonicznej. Przełamując symetrię struktury powierzchni światłowodu, w pewnym stopniu wzmacniane są drugie harmoniczne powierzchniowe światłowodu o specjalnej strukturze, ale nadal zależą one od femtosekundowego impulsu pompy o bardzo dużej mocy szczytowej. Dlatego generowanie nieliniowych efektów optycznych drugiego rzędu w strukturach całkowicie światłowodowych oraz poprawa wydajności konwersji, zwłaszcza generowanie drugiej harmonicznej o szerokim spektrum w ciągłym pompowaniu optycznym małej mocy, to podstawowe problemy wymagające rozwiązania w dziedzinie nieliniowej optyki i urządzeń światłowodowych i mają ważne znaczenie naukowe i szeroką wartość aplikacyjną.
Zespół badawczy w Chinach zaproponował warstwowy schemat integracji fazowej kryształu selenku galu z mikro-nanowłóknem. Wykorzystując wysoką nieliniowość drugiego rzędu i uporządkowanie dalekiego zasięgu kryształów selenku galu, realizowany jest proces wzbudzenia drugiej harmonicznej o szerokim spektrum i konwersji wielu częstotliwości, zapewniając nowe rozwiązanie usprawniające procesy wieloparametryczne w światłowodu i przygotowania drugiej harmonicznej szerokopasmowejźródła światła. Skuteczne wzbudzenie efektu drugiej harmonicznej i częstotliwości sumarycznej w schemacie zależy głównie od następujących trzech kluczowych warunków: dużej odległości oddziaływania światła z materią pomiędzy selenkiem galu iwłókno mikro-nano, wysoka nieliniowość drugiego rzędu i porządek dalekiego zasięgu warstwowego kryształu selenku galu oraz warunki dopasowania fazowego częstotliwości podstawowej i trybu podwojenia częstotliwości są spełnione.
W eksperymencie mikro-nanowłókno przygotowane za pomocą systemu zwężania się ze skanowaniem płomienia ma jednolity obszar stożka rzędu milimetra, co zapewnia długą, nieliniową długość działania światła pompy i drugiej fali harmonicznej. Nieliniowa polaryzowalność drugiego rzędu zintegrowanego kryształu selenku galu przekracza 170 µm/V, czyli jest znacznie wyższa niż wewnętrzna nieliniowa polaryzowalność światłowodu. Co więcej, uporządkowana struktura kryształu selenku galu o dużym zasięgu zapewnia ciągłą interferencję fazową drugiej harmonicznej, zapewniając pełną grę na korzyść dużej nieliniowej długości działania we włóknie mikro-nano. Co ważniejsze, dopasowanie fazowe pomiędzy pompującym trybem bazy optycznej (HE11) a trybem drugiej harmonicznej wyższego rzędu (EH11, HE31) jest realizowane poprzez kontrolowanie średnicy stożka, a następnie regulację dyspersji falowodu podczas przygotowania mikro-nanowłókna.
Powyższe warunki stanowią podstawę wydajnego i szerokopasmowego wzbudzenia drugiej harmonicznej we włóknie mikro-nano. Eksperyment pokazuje, że drugą harmoniczną na poziomie nanowatów można uzyskać za pomocą pikosekundowej pompy laserowej impulsowej o długości fali 1550 nm, a drugą harmoniczną można również skutecznie wzbudzić za pomocą ciągłej pompy laserowej o tej samej długości fali, a moc progowa wynosi: zaledwie kilkaset mikrowatów (rysunek 1). Co więcej, gdy światło pompy zostanie rozszerzone na trzy różne długości fal ciągłego lasera (1270/1550/1590 nm), trzy drugie harmoniczne (2w1, 2w2, 2w3) i trzy sumy sygnałów częstotliwości (w1+w2, w1+w3, w2+ w3) są obserwowane przy każdej z sześciu długości fal konwersji częstotliwości. Zastępując światło pompy ultrapromieniującym źródłem światła z diodą elektroluminescencyjną (SLED) o szerokości pasma 79,3 nm, generowana jest druga harmoniczna o szerokim spektrum o szerokości pasma 28,3 nm (rysunek 2). Ponadto, jeśli w tym badaniu można zastosować technologię chemicznego osadzania z fazy gazowej, aby zastąpić technologię suchego transferu, a na powierzchni mikronanowłókna na duże odległości będzie można wyhodować mniej warstw kryształów selenku galu, oczekuje się wydajności konwersji drugiej harmonicznej do dalszego udoskonalenia.
FIGA. 1 System generowania drugiej harmonicznej i skutkuje strukturą całkowicie światłowodową
Rysunek 2 Mieszanie wielu długości fal i drugie harmoniczne o szerokim spektrum w warunkach ciągłego pompowania optycznego
Czas publikacji: 20 maja 2024 r