Збудження других гармонік у широкому спектрі
З моменту відкриття нелінійних оптичних ефектів другого порядку в 1960-х роках, вони викликали широкий інтерес дослідників, і досі, спираючись на ефекти другої гармоніки та частоти, вони виробляли випромінювання від крайнього ультрафіолетового до далекого інфрачервоного діапазону.лазери, значно сприяв розвитку лазера,оптичнийобробка інформації, мікроскопічна візуалізація високої роздільної здатності та інші галузі. Згідно з нелінійнимиоптикаЗгідно з теорією поляризації, нелінійний оптичний ефект парного порядку тісно пов'язаний із симетрією кристала, а нелінійний коефіцієнт не дорівнює нулю лише в середовищах із симетричною інверсією, що не є центральною. Як найпростіший нелінійний ефект другого порядку, другі гармоніки значно перешкоджають їх генерації та ефективному використанню в кварцовому волокні через аморфну форму та симетрію центральної інверсії. Наразі методи поляризації (оптична поляризація, теплова поляризація, поляризація електричного поля) можуть штучно порушити симетрію центральної інверсії матеріалу оптичного волокна та ефективно покращити нелінійність другого порядку оптичного волокна. Однак цей метод вимагає складної та вимогливої технології підготовки та може задовольнити умови квазіфазового узгодження лише на дискретних довжинах хвиль. Резонансне кільце оптичного волокна, що базується на моді стінки відлуння, обмежує широкий спектр збудження других гармонік. Порушуючи симетрію поверхневої структури волокна, поверхневі другі гармоніки у волокні зі спеціальною структурою певною мірою посилюються, але все ще залежать від фемтосекундного імпульсу накачування з дуже високою піковою потужністю. Отже, генерація нелінійних оптичних ефектів другого порядку в повністю волоконних структурах та підвищення ефективності перетворення, особливо генерація широкоспектральних других гармонік при малопотужному безперервному оптичному накачуванні, є основними проблемами, які необхідно вирішити в галузі нелінійної волоконної оптики та пристроїв, і мають важливе наукове значення та широке застосування.
Дослідницька група в Китаї запропонувала схему фазової інтеграції шаруватих кристалів селеніду галію з мікро-нановолокном. Використовуючи високу нелінійність другого порядку та далекосяжне впорядкування кристалів селеніду галію, реалізовано широкий спектр збудження другої гармоніки та багаточастотний процес перетворення, що забезпечує нове рішення для вдосконалення багатопараметричних процесів у волокні та отримання широкосмугової другої гармоніки.джерела світлаЕфективне збудження другої гармоніки та ефекту сумарної частоти в схемі головним чином залежить від наступних трьох ключових умов: велика відстань взаємодії світла з речовиною між селенідом галію тамікро-нановолокно, висока нелінійність другого порядку та далекий порядок шаруватого кристала селеніду галію, а також умови фазового узгодження основної частоти та режиму подвоєння частоти виконуються.
В експерименті мікронановолокно, підготовлене за допомогою системи сканування полум'ям зі звуженням, має однорідну конічну область порядку міліметра, що забезпечує довгу нелінійну довжину дії для світла накачування та хвилі другої гармоніки. Нелінійна поляризовність другого порядку інтегрованого кристала селеніду галію перевищує 170 пм/В, що значно вище, ніж власна нелінійна поляризовність оптичного волокна. Більше того, впорядкована структура кристала селеніду галію на великій відстані забезпечує безперервну фазову інтерференцію других гармонік, що повною мірою використовує переваги великої нелінійної довжини дії в мікронановолокні. Що ще важливіше, фазове узгодження між базовою модою оптичного випромінювання накачування (HE11) та модою високого порядку другої гармоніки (EH11, HE31) реалізується шляхом контролю діаметра конуса, а потім регулювання дисперсії хвилеводу під час приготування мікронановолокна.
Вищезазначені умови закладають основу для ефективного та широкосмугового збудження других гармонік у мікро-нановолокні. Експеримент показує, що вихід других гармонік на нановатному рівні може бути досягнутий при пікосекундному імпульсному лазерному накачуванні 1550 нм, а другі гармоніки також можуть бути ефективно збуджені при безперервному лазерному накачуванні тієї ж довжини хвилі, а порогова потужність становить кілька сотень мікроват (Рисунок 1). Крім того, коли світло накачування поширюється на три різні довжини хвиль безперервного лазера (1270/1550/1590 нм), на кожній із шести довжин хвиль перетворення частоти спостерігаються три другі гармоніки (2w1, 2w2, 2w3) та три сигнали сумарної частоти (w1+w2, w1+w3, w2+w3). Замінивши світло накачування джерелом світла на основі ультравипромінювального світлодіода (SLED) зі смугою пропускання 79,3 нм, генерується друга гармоніка широкого спектру зі смугою пропускання 28,3 нм (Рисунок 2). Крім того, якщо в цьому дослідженні для заміни технології сухого переносу можна буде використовувати технологію хімічного осадження з парової фази, і на поверхні мікро-нановолокна на великі відстані можна буде виростити менше шарів кристалів селеніду галію, очікується подальше підвищення ефективності перетворення другої гармоніки.
РИС. 1 Система генерації другої гармоніки та результати у повністю волоконній структурі
Рисунок 2. Багатохвильове змішування та широкоспектральні другі гармоніки при безперервному оптичному накачуванні
Час публікації: 20 травня 2024 р.