Pobuđivanje drugih harmonika u širokom spektru

Pobuđivanje drugih harmonika u širokom spektru

Od otkrića nelinearnih optičkih efekata drugog reda 1960-ih, pobudili su široko interesovanje istraživača, a do sada su, na osnovu efekata drugog harmonika i frekvencije, proizvedeni od ekstremnog ultraljubičastog do dalekog infracrvenog pojasa.laseri, uveliko je promovisao razvoj lasera,optičkiobrada informacija, mikroskopsko snimanje visoke rezolucije i druga područja. Prema nelinearnimoptikaI teorija polarizacije, nelinearni optički efekat parnog reda usko je povezan sa kristalnom simetrijom, a nelinearni koeficijent nije nula samo u necentralno inverzionim simetričnim medijima. Kao najosnovniji nelinearni efekat drugog reda, drugi harmonici uveliko ometaju njihovo generisanje i efikasnu upotrebu u kvarcnim vlaknima zbog amorfnog oblika i simetrije centralne inverzije. Trenutno, metode polarizacije (optička polarizacija, termička polarizacija, polarizacija električnog polja) mogu vještački uništiti simetriju materijalne centralne inverzije optičkog vlakna i efikasno poboljšati nelinearnost drugog reda optičkog vlakna. Međutim, ova metoda zahtijeva složenu i zahtjevnu tehnologiju pripreme i može ispuniti uslove kvazi-faznog usklađivanja samo na diskretnim talasnim dužinama. Rezonantni prsten optičkog vlakna zasnovan na modu eho zida ograničava širokospektralno pobuđivanje drugih harmonika. Narušavanjem simetrije površinske strukture vlakna, površinski drugi harmonici u vlaknu specijalne strukture su do određene mjere pojačani, ali i dalje zavise od femtosekundnog impulsa pumpe sa vrlo visokom vršnom snagom. Stoga su generiranje nelinearnih optičkih efekata drugog reda u strukturama koje se sastoje isključivo od vlakana i poboljšanje efikasnosti konverzije, posebno generiranje drugih harmonika širokog spektra u kontinuiranom optičkom pumpanju male snage, osnovni problemi koje je potrebno riješiti u oblasti nelinearne optičke optike i uređaja, te imaju važan naučni značaj i široku primjenu.

Istraživački tim u Kini predložio je shemu fazne integracije slojevitog kristala galij selenida s mikro-nano vlaknima. Iskorištavanjem visoke nelinearnosti drugog reda i uređenja dugog dometa kristala galij selenida, ostvaren je širok spektar pobude drugog harmonika i proces višefrekventne konverzije, pružajući novo rješenje za poboljšanje višeparametarskih procesa u vlaknima i pripremu širokopojasnog drugog harmonika.izvori svjetlostiEfikasna pobuda drugog harmonika i efekta sumarne frekvencije u shemi uglavnom zavisi od sljedeća tri ključna uslova: velike udaljenosti interakcije svjetlosti i materije između galij selenida imikro-nano vlakna, visoka nelinearnost drugog reda i red dugog dometa slojevitog kristala galij selenida, te uvjeti faznog usklađivanja osnovne frekvencije i moda udvostručenja frekvencije su zadovoljeni.

U eksperimentu, mikro-nano vlakno pripremljeno sistemom sužavanja skeniranjem plamena ima uniformno konusno područje reda veličine milimetra, što omogućava dugu nelinearnu dužinu djelovanja za svjetlost pumpe i talas drugog harmonika. Nelinearna polarizabilnost drugog reda integriranog kristala galij selenida prelazi 170 pm/V, što je mnogo više od intrinzične nelinearne polarizabilnosti optičkog vlakna. Štaviše, uređena struktura dugog dometa kristala galij selenida osigurava kontinuiranu faznu interferenciju drugih harmonika, dajući punu prednost velikoj nelinearnoj dužini djelovanja u mikro-nano vlaknu. Što je još važnije, fazno usklađivanje između baznog moda optičkog pumpanja (HE11) i moda visokog reda drugog harmonika (EH11, HE31) ostvaruje se kontrolom prečnika konusa, a zatim regulacijom disperzije talasovoda tokom pripreme mikro-nano vlakna.

Gore navedeni uslovi postavljaju temelje za efikasnu i širokopojasnu ekscitaciju drugih harmonika u mikro-nano vlaknima. Eksperiment pokazuje da se izlaz drugih harmonika na nanovata može postići pod pikosekundnim pulsnim laserskim pumpanjem od 1550 nm, a drugi harmonici se također mogu efikasno pobuditi pod kontinuiranim laserskim pumpanjem iste talasne dužine, a prag snage je nizak i do nekoliko stotina mikrovati (Slika 1). Nadalje, kada se svjetlost pumpe proširi na tri različite talasne dužine kontinuiranog lasera (1270/1550/1590 nm), tri druga harmonika (2w1, 2w2, 2w3) i tri signala sumarne frekvencije (w1+w2, w1+w3, w2+w3) se uočavaju na svakoj od šest talasnih dužina konverzije frekvencije. Zamjenom svjetlosti pumpe ultra-zračećim izvorom svjetlosti sa svjetlećom diodom (SLED) sa propusnim opsegom od 79,3 nm, generira se drugi harmonik širokog spektra sa propusnim opsegom od 28,3 nm (Slika 2). Osim toga, ako se u ovoj studiji može koristiti tehnologija hemijskog taloženja iz pare umjesto tehnologije suhog transfera, i ako se na površini mikro-nano vlakana na velikim udaljenostima može uzgajati manji broj slojeva kristala galij selenida, očekuje se da će se efikasnost konverzije drugog harmonika dodatno poboljšati.

SL. 1 Sistem za generisanje drugog harmonika i rezultati u strukturi koja se sastoji isključivo od vlakana

Slika 2 Miješanje više talasnih dužina i drugi harmonici širokog spektra pod kontinuiranim optičkim pumpanjem