Pobuđivanje drugih harmonika u širokom spektru

Pobuđivanje drugih harmonika u širokom spektru

Od otkrića nelinearnih optičkih efekata drugog reda 1960-ih, izazvao je širok interes istraživača, do sada je, na osnovu drugog harmonika i frekvencijskih efekata, proizvodio od ekstremnog ultraljubičastog do dalekog infracrvenog opsegalaseri, uvelike je podstakao razvoj lasera,optičkiobrada informacija, mikroskopsko snimanje visoke rezolucije i druga polja. Prema nelinearnomoptikai teorija polarizacije, nelinearni optički efekat parnog reda je usko povezan sa simetrijom kristala, a nelinearni koeficijent nije nula samo u necentralnim inverzionim simetričnim medijima. Kao najosnovniji nelinearni efekat drugog reda, drugi harmonici u velikoj meri ometaju njihovu generisanje i efektivnu upotrebu u kvarcnom vlaknu zbog amorfnog oblika i simetrije inverzije centra. Trenutno, metode polarizacije (optička polarizacija, termalna polarizacija, polarizacija električnog polja) mogu umjetno uništiti simetriju inverzije materijalnog centra optičkog vlakna i učinkovito poboljšati nelinearnost drugog reda optičkog vlakna. Međutim, ova metoda zahtijeva složenu i zahtjevnu tehnologiju pripreme i može zadovoljiti samo kvazi-fazne uslove na diskretnim talasnim dužinama. Rezonantni prsten optičkog vlakna zasnovan na modu eho zida ograničava pobuđivanje drugog harmonika širokog spektra. Narušavanjem simetrije površinske strukture vlakna, površinski drugi harmonici u vlaknu posebne strukture su poboljšani do određene mjere, ali i dalje ovise o femtosekundnom impulsu pumpe s vrlo velikom vršnom snagom. Stoga su generiranje nelinearnih optičkih efekata drugog reda u strukturama od svih vlakana i poboljšanje efikasnosti konverzije, posebno generiranje drugog harmonika širokog spektra u kontinuiranom optičkom pumpanju male snage, osnovni problemi koje treba riješiti. u oblasti nelinearne optike i uređaja, a imaju značajan naučni značaj i široku primenu.

Istraživački tim u Kini predložio je slojevitu šemu integracije kristalne faze galij selenida s mikro-nano vlaknima. Koristeći prednost visoke nelinearnosti drugog reda i dugog dometa kristala galij selenida, realizuju se pobuđivanje drugog harmonika širokog spektra i proces višefrekventne konverzije, pružajući novo rješenje za poboljšanje multiparametarskih procesa u vlakna i priprema širokopojasnog drugog harmonikaizvori svjetlosti. Efikasno pobuđivanje efekta drugog harmonika i zbirne frekvencije u shemi uglavnom zavisi od sljedeća tri ključna uslova: dugačka udaljenost interakcije svjetlosti i materije između galijum selenida imikro-nano vlakna, visoka nelinearnost drugog reda i poredak dugog dometa slojevitog kristala galij selenida, i uslovi faznog podudaranja osnovne frekvencije i moda udvostručavanja frekvencije su zadovoljeni.

U eksperimentu, mikro-nano vlakno pripremljeno sistemom suženja za skeniranje plamena ima ujednačenu oblast konusa reda veličine milimetra, što obezbeđuje dugu nelinearnu dužinu delovanja za svetlost pumpe i drugi harmonijski talas. Nelinearna polarizabilnost drugog reda integriranog kristala galij selenida prelazi 170 pm/V, što je mnogo više od intrinzične nelinearne polarizabilnosti optičkog vlakna. Štaviše, dugotrajna uređena struktura kristala galijum selenida osigurava kontinuiranu faznu interferenciju drugog harmonika, dajući potpunu igru ​​prednosti velike nelinearne dužine djelovanja u mikro-nano vlaknu. Što je još važnije, fazno usklađivanje između pumpnog optičkog osnovnog moda (HE11) i drugog harmonijskog moda visokog reda (EH11, HE31) se ostvaruje kontrolom prečnika konusa, a zatim regulacijom disperzije talasovoda tokom pripreme mikro-nano vlakna.

Gore navedeni uslovi postavljaju osnovu za efikasno i širokopojasno pobuđivanje drugog harmonika u mikro-nano vlaknima. Eksperiment pokazuje da se izlaz drugog harmonika na nivou nanovati može postići pod 1550 nm pikosekundnom pulsnom laserskom pumpom, a drugi harmonici se također mogu efikasno pobuđivati ​​pod kontinuiranom laserskom pumpom iste talasne dužine, a granična snaga je kao niske čak nekoliko stotina mikrovati (slika 1). Nadalje, kada se svjetlo pumpe proširi na tri različite talasne dužine kontinuiranog lasera (1270/1550/1590 nm), tri druga harmonika (2w1, 2w2, 2w3) i tri signala sume frekvencije (w1+w2, w1+w3, w2+ w3) se posmatraju na svakoj od šest talasnih dužina konverzije frekvencije. Zamjenom svjetla pumpe sa ultra-radiant light-emitting diode (SLED) izvorom svjetlosti sa propusnim opsegom od 79,3 nm, generira se drugi harmonik širokog spektra širine 28,3 nm (slika 2). Osim toga, ako se tehnologija hemijskog taloženja parom može koristiti za zamjenu tehnologije suhog transfera u ovoj studiji, i ako se manje slojeva kristala galij selenida može uzgajati na površini mikro-nano vlakna na velikim udaljenostima, očekuje se efikasnost druge harmonske konverzije. da se dodatno unapredi.

Fig. 1 Sistem generiranja drugog harmonika i rezultira strukturom od svih vlakana

Slika 2 Viševalno miješanje i drugi harmonici širokog spektra pod kontinuiranim optičkim pumpanjem