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 drugiej harmonicznej i efektach częstotliwościowych, wytworzyli pasmo 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 nieliniowąoptykai teorii polaryzacji, nieliniowy efekt optyczny parzystego rzędu jest ściśle związany z symetrią kryształu, a współczynnik nieliniowy nie jest zerowy tylko w niecentralnych symetrycznych ośrodkach inwersyjnych. Jako najbardziej podstawowy efekt nieliniowy drugiego rzędu, drugie harmoniczne znacznie utrudniają ich generowanie i efektywne wykorzystanie w włóknie 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 włókna optycznego i skutecznie poprawić nieliniowość drugiego rzędu włókna optycznego. Jednak ta metoda wymaga złożonej i wymagającej technologii przygotowania i może spełnić warunki dopasowania quasi-fazowego tylko przy dyskretnych długościach fal. Pierścień rezonansowy włókna optycznego oparty na trybie ściany echa ogranicza szerokie widmo wzbudzenia drugich harmonicznych. Łamiąc symetrię struktury powierzchni włókna, drugie harmoniczne powierzchni w specjalnym włóknie strukturalnym są wzmacniane do pewnego stopnia, ale nadal zależą od impulsu pompującego femtosekundowego o bardzo wysokiej mocy szczytowej. Dlatego generowanie nieliniowych efektów optycznych drugiego rzędu w strukturach całkowicie światłowodowych i poprawa wydajności konwersji, zwłaszcza generowanie szerokospektralnych drugich harmonicznych w niskiej mocy, ciągłym pompowaniu optycznym, są podstawowymi problemami, które należy rozwiązać w dziedzinie nieliniowej optyki światłowodowej i urządzeń, i mają ważne znaczenie naukowe i szeroką wartość aplikacyjną.
Zespół badawczy w Chinach zaproponował warstwowy schemat integracji fazy kryształu selenku galu z mikro-nanowłóknem. Wykorzystując wysoką nieliniowość drugiego rzędu i dalekosiężne uporządkowanie kryształów selenku galu, zrealizowano szerokospektralny proces wzbudzenia drugiej harmonicznej i wieloczęstotliwościowej konwersji, zapewniając nowe rozwiązanie dla ulepszenia wieloparametrycznych procesów w światłowodzie i przygotowania szerokopasmowego drugiej harmonicznejźródła światła. Efektywne wzbudzenie drugiej harmonicznej i sumarycznego efektu częstotliwości w schemacie zależy głównie od następujących trzech kluczowych warunków: dużej odległości oddziaływania światła z materią między selenkiem galu iwłókno mikro-nano, 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 przez system zwężania skanującego płomienia ma jednolity 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 włókna optycznego. Co więcej, uporządkowana struktura dalekiego zasięgu kryształu selenku galu zapewnia ciągłą interferencję fazową drugich harmonicznych, dając pełną swobodę dużej nieliniowej długości działania w mikro-nanowłóknie. Co ważniejsze, dopasowanie fazowe między pompującym optycznym trybem bazowym (HE11) a drugim harmonicznym trybem wysokiego rzędu (EH11, HE31) jest realizowane poprzez kontrolowanie średnicy stożka, a następnie regulację dyspersji falowodu podczas przygotowywania mikro-nanowłókna.
Powyższe warunki stanowią podstawę wydajnego i szerokopasmowego wzbudzenia drugich harmonicznych w mikro-nanowłóknach. Eksperyment pokazuje, że wyjście drugich harmonicznych na poziomie nanowatów można osiągnąć pod 1550 nm pikosekundowej pompy laserowej impulsowej, a drugie harmoniczne można również skutecznie wzbudzić pod ciągłą pompą laserową o tej samej długości fali, a moc progowa jest tak niska, jak kilkaset mikrowatów (rysunek 1). Ponadto, gdy światło pompujące jest rozszerzone do trzech różnych długości fal ciągłego lasera (1270/1550/1590 nm), trzy drugie harmoniczne (2w1, 2w2, 2w3) i trzy sumaryczne sygnały częstotliwości (w1+w2, w1+w3, w2+w3) są obserwowane przy każdej z sześciu długości fal konwersji częstotliwości. Poprzez zastąpienie światła pompy ultra-promienistym źródłem światła diodą elektroluminescencyjną (SLED) o szerokości pasma 79,3 nm, generowana jest szerokospektralna druga harmoniczna o szerokości pasma 28,3 nm (rysunek 2). Ponadto, jeśli technologia chemicznego osadzania z fazy gazowej może zostać wykorzystana do zastąpienia technologii transferu suchego w tym badaniu, a na powierzchni mikro-nanowłókna można wyhodować mniej warstw kryształów selenku galu na duże odległości, oczekuje się dalszej poprawy wydajności konwersji drugiej harmonicznej.
Rys. 1 Układ generowania drugiej harmonicznej i wyniki w strukturze całkowicie włóknistej
Rysunek 2 Mieszanie wielu długości fal i szerokospektralne drugie harmoniczne przy ciągłym pompowaniu optycznym
Czas publikacji: 20-05-2024