Побуђивање других хармоника у широком спектру
Од открића нелинеарних оптичких ефеката другог реда 1960-их, изазвало је широко интересовање истраживача, до сада, на основу ефеката другог хармоника и фреквенција, произвело је од екстремног ултраљубичастог до далеког инфрацрвеног опсегаласери, значајно је промовисао развој ласера,оптичкиобрада информација, микроскопско снимање високе резолуције и друге области. Према нелинеарнимоптикаи теорије поларизације, нелинеарни оптички ефекат парног реда је уско повезан са кристалном симетријом, а нелинеарни коефицијент није нула само у нецентрално инверзним симетричним срединама. Као најосновнији нелинеарни ефекат другог реда, други хармоници значајно ометају њихово генерисање и ефикасну употребу у кварцним влакнима због аморфног облика и симетрије централне инверзије. Тренутно, методе поларизације (оптичка поларизација, термална поларизација, поларизација електричног поља) могу вештачки уништити симетрију материјалне централне инверзије оптичког влакна и ефикасно побољшати нелинеарност другог реда оптичког влакна. Међутим, ова метода захтева сложену и захтевну технологију припреме и може испунити услове квазифазног подударања само на дискретним таласним дужинама. Резонантни прстен оптичког влакна заснован на моду ехо зида ограничава широкоспектрално побуђивање других хармоника. Кршењем симетрије површинске структуре влакна, површински други хармоници у влакну посебне структуре су донекле побољшани, али и даље зависе од фемтосекундног импулса пумпе са веома високом вршном снагом. Стога, генерисање нелинеарних оптичких ефеката другог реда у структурама од свих влакана и побољшање ефикасности конверзије, посебно генерисање других хармоника широког спектра у континуираном оптичком пумпању мале снаге, основни су проблеми које треба решити у области нелинеарне оптичке оптике и уређаја, и имају важан научни значај и широку применљиву вредност.
Истраживачки тим у Кини предложио је шему фазне интеграције слојевитих кристала галијум селенида са микро-нано влакнима. Коришћењем високе нелинеарности другог реда и уређености кристала галијум селенида на великим удаљеностима, реализован је процес побуђивања другог хармоника широког спектра и вишефреквентне конверзије, пружајући ново решење за побољшање вишепараметарских процеса у влакнима и припрему широкопојасног другог хармоника.извори светлостиЕфикасно побуђивање другог хармоника и ефекта збира фреквенција у шеми углавном зависи од следећа три кључна услова: велике удаљености интеракције светлости и материје између галијум селенида имикро-нано влакна, задовољени су висока нелинеарност другог реда и ред дугог домета слојевитог кристала галијум селенида, као и услови фазног подударања основне фреквенције и режима удвостручавања фреквенције.
У експерименту, микро-нано влакно припремљено системом за сужавање скенирањем пламена има једноличну конусну област реда величине милиметра, што обезбеђује дугу нелинеарну дужину деловања за пумпајућу светлост и талас другог хармоника. Нелинеарна поларизабилност другог реда интегрисаног кристала галијум селенида прелази 170 пм/В, што је много више од интринзичне нелинеарне поларизабилности оптичког влакна. Штавише, уређена структура дугог домета кристала галијум селенида обезбеђује континуирану фазну интерференцију других хармоника, дајући пуну предност великој нелинеарној дужини деловања у микро-нано влакну. Још важније, фазно подударање између базног оптичког мода пумпајућег оптичког таласа (HE11) и мода високог реда другог хармоника (EH11, HE31) се остварује контролом пречника конуса, а затим регулисањем дисперзије таласовода током припреме микро-нано влакана.
Горе наведени услови постављају темеље за ефикасно и широкопојасно побуђивање других хармоника у микро-нано влакнима. Експеримент показује да се излаз других хармоника на нановатном нивоу може постићи под пикосекундним импулсним ласерским пумпањем од 1550 nm, а други хармоници се такође могу ефикасно побуђивати под континуираним ласерским пумпањем исте таласне дужине, а праг снаге је низак и до неколико стотина микровата (Слика 1). Даље, када се светлост пумпе прошири на три различите таласне дужине континуираног ласера (1270/1550/1590 nm), три друга хармоника (2w1, 2w2, 2w3) и три сигнала збирне фреквенције (w1+w2, w1+w3, w2+w3) се примећују на свакој од шест таласних дужина конверзије фреквенција. Заменом светлости пумпе ултразрачивим извором светлости са светлосном диодом (SLED) са пропусним опсегом од 79,3 nm, генерише се други хармоник широког спектра са пропусним опсегом од 28,3 nm (Слика 2). Поред тога, ако се технологија хемијског таложења из паре може користити за замену технологије сувог преноса у овој студији, и ако се мање слојева кристала галијум селенида може узгајати на површини микро-нано влакана на великим удаљеностима, очекује се да ће се ефикасност конверзије другог хармоника додатно побољшати.
Сл. 1 Систем за генерисање другог хармоника и резултати у структури састављеној искључиво од влакана
Слика 2 Мешање више таласних дужина и други хармоници широког спектра под континуираним оптичким пумпањем
Време објаве: 20. мај 2024.