Побуђивање других хармоника у широком спектру

Побуђивање других хармоника у широком спектру

Од открића нелинеарних оптичких ефеката другог реда 1960-их, изазвало је велико интересовање истраживача, до сада је, на основу другог хармоника и фреквенцијских ефеката, производило од екстремног ултраљубичастог до далеког инфрацрвеног опсегаласери, у великој мери промовисао развој ласера,оптичкиобрада информација, микроскопско снимање високе резолуције и друге области. Према нелинеарнимоптикаи теорија поларизације, нелинеарни оптички ефекат парног реда је уско повезан са симетријом кристала, а нелинеарни коефицијент није нула само у нецентралним инверзионим симетричним медијима. Као најосновнији нелинеарни ефекат другог реда, други хармоници у великој мери ометају њихово стварање и ефективну употребу у кварцном влакну због аморфне форме и симетрије инверзије центра. Тренутно, методе поларизације (оптичка поларизација, топлотна поларизација, поларизација електричног поља) могу вештачки да униште симетрију инверзије материјалног центра оптичког влакна и ефикасно побољшају нелинеарност оптичког влакна другог реда. Међутим, овај метод захтева сложену и захтевну технологију припреме и може задовољити само квазифазне услове на дискретним таласним дужинама. Резонантни прстен оптичког влакна заснован на режиму ехо зида ограничава ексцитацију другог хармоника широког спектра. Кршењем симетрије површинске структуре влакна, површински други хармоници у влакну посебне структуре су побољшани до одређене мере, али и даље зависе од фемтосекундног импулса пумпе са веома великом вршном снагом. Стога су генерисање нелинеарних оптичких ефеката другог реда у структурама од свих влакана и побољшање ефикасности конверзије, посебно генерисање другог хармоника широког спектра у континуираном оптичком пумпању мале снаге, основни проблеми које треба решити. у области нелинеарне оптике и уређаја, и имају значајан научни значај и широку примену.

Истраживачки тим у Кини предложио је слојевиту шему интеграције кристалне фазе галијум селенида са микро-нано влакнима. Користећи предност високе нелинеарности другог реда и дугог домета кристала галијум селенида, реализују се ексцитација другог хармоника широког спектра и процес вишефреквентне конверзије, пружајући ново решење за побољшање мултипараметарских процеса у влакна и припрема широкопојасног другог хармоникаизвори светлости. Ефикасно побуђивање ефекта другог хармоника и збирне фреквенције у шеми углавном зависи од следећа три кључна услова: дугачко растојање интеракције светлости и материје између галијум селенида имикро-нано влакна, висока нелинеарност другог реда и поредак дугог домета слојевитог кристала галијум селенида, и услови фазног подударања основне фреквенције и мода удвостручавања фреквенције су задовољени.

У експерименту, микро-нано влакно припремљено помоћу система сужења за скенирање пламена има уједначену област конуса реда величине милиметра, што обезбеђује дугу нелинеарну дужину деловања за светлост пумпе и други хармонијски талас. Нелинеарна поларизабилност другог реда интегрисаног кристала галијум селенида прелази 170 пм/В, што је много више од унутрашње нелинеарне поларизабилности оптичког влакна. Штавише, уређена структура кристала галијум селенида обезбеђује континуирану фазну интерференцију другог хармоника, дајући потпуну игру предности велике нелинеарне дужине деловања у микро-нано влакну. Што је још важније, фазно усклађивање између пумпног оптичког основног мода (ХЕ11) и другог хармонијског мода високог реда (ЕХ11, ХЕ31) се остварује контролом пречника конуса и затим регулацијом дисперзије таласовода током припреме микро-нано влакна.

Горе наведени услови постављају основу за ефикасну и широкопојасну побуду других хармоника у микро-нано влакнима. Експеримент показује да се излаз другог хармоника на нивоу нановати може постићи под 1550 нм пикосекундном пулсном ласерском пумпом, а други хармоници се такође могу ефикасно побуђивати под континуираном ласерском пумпом исте таласне дужине, а гранична снага је као ниске чак неколико стотина микровати (слика 1). Даље, када се светлост пумпе прошири на три различите таласне дужине непрекидног ласера ​​(1270/1550/1590 нм), три друга хармоника (2в1, 2в2, 2в3) и три збир сигнала фреквенције (в1+в2, в1+в3, в2+ в3) се посматрају на свакој од шест таласних дужина конверзије фреквенције. Заменом светлости пумпе извором светлости са ултра-зрачећим светлећим диодама (СЛЕД) са пропусним опсегом од 79,3 нм, генерише се други хармоник широког спектра са пропусним опсегом од 28,3 нм (Слика 2). Поред тога, ако се технологија хемијског таложења паром може користити за замену технологије сувог трансфера у овој студији, а мање слојева кристала галијум селенида може да се узгаја на површини микро-нано влакна на великим удаљеностима, очекује се ефикасност друге хармонске конверзије. да се даље усавршава.

Фиг. 1 Систем за генерисање другог хармоника и резултира структуром свих влакана

Слика 2 Мешање са више таласних дужина и други хармоници широког спектра при континуираном оптичком пумпању