Збудження другої гармоніки в широкому спектрі

Збудження другої гармоніки в широкому спектрі

З моменту відкриття нелінійних оптичних ефектів другого порядку в 1960-х роках, вони викликали широкий інтерес дослідників, досі, засновані на другій гармоніці та частотних ефектах, виробляли від крайнього ультрафіолетового до далекого інфрачервоного діапазону.лазери, значно сприяв розвитку лазера,оптичнийобробка інформації, мікроскопічне зображення високої роздільної здатності та інші сфери. Згідно з нелінійнимиоптикаі теорії поляризації, нелінійний оптичний ефект парного порядку тісно пов'язаний із симетрією кристала, а нелінійний коефіцієнт не дорівнює нулю лише в симетричних середовищах з нецентральною інверсією. Як основний нелінійний ефект другого порядку, другі гармоніки значною мірою перешкоджають їх генерації та ефективному використанню в кварцовому волокні через аморфну ​​форму та симетрію інверсії центру. В даний час методи поляризації (оптична поляризація, теплова поляризація, поляризація електричного поля) можуть штучно порушити симетрію інверсії центру матеріалу оптичного волокна та ефективно покращити нелінійність другого порядку оптичного волокна. Однак цей метод вимагає складної та складної технології підготовки та може відповідати умовам квазіфазового узгодження лише на дискретних довжинах хвиль. Оптичне волоконне резонансне кільце, засноване на режимі ехо-стінки, обмежує широкий спектр збудження другої гармоніки. Порушуючи симетрію поверхневої структури волокна, поверхневі другі гармоніки у волокні спеціальної структури посилюються до певної міри, але все ще залежать від фемтосекундного імпульсу накачування з дуже високою піковою потужністю. Таким чином, генерація нелінійних оптичних ефектів другого порядку в повністю волоконних структурах і підвищення ефективності перетворення, особливо генерація других гармонік широкого спектру 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 інтеграції багатошарової кристалічної фази селеніду галію з мікронановолокном. Використовуючи переваги високої нелінійності другого порядку та далекого впорядкування кристалів селеніду галію, реалізовано процес збудження другої гармоніки широкого спектру та багаточастотного перетворення, що забезпечує нове рішення для покращення багатопараметричних процесів у волокна і підготовка широкосмугової другої гармонікиджерела світла. Ефективне збудження другої гармоніки та ефекту сумарної частоти в схемі в основному залежить від наступних трьох ключових умов: велика відстань взаємодії світло-матерія між селенідом галію тамікро-нано волокно, висока нелінійність другого порядку та дальній порядок шаруватого кристала селеніду галію, а також умови фазового узгодження основної частоти та режиму подвоєння частоти задовольняються.

В експерименті мікронановолокно, отримане за допомогою системи сканування полум’я, має рівномірну конічну область порядку міліметра, що забезпечує велику довжину нелінійної дії для світла накачування та хвилі другої гармоніки. Нелінійна поляризовність другого порядку інтегрованого кристала селеніду галію перевищує 170 пм/В, що набагато вище, ніж власна нелінійна поляризовність оптичного волокна. Крім того, впорядкована структура кристала селеніду галію забезпечує безперервну фазову інтерференцію другої гармоніки, що повністю дає перевагу великій нелінійній довжині дії в мікронановолокні. Що ще важливіше, фазовий узгодження між базовим оптичним режимом накачування (HE11) і другим гармонічним режимом високого порядку (EH11, HE31) реалізується шляхом контролю діаметра конуса, а потім регулювання дисперсії хвилеводу під час підготовки мікронановолокна.

Вищезазначені умови закладають основу для ефективного та широкосмугового збудження другої гармоніки в мікронановолокні. Експеримент показує, що вихід другої гармоніки на рівні нановат може бути досягнутий під час пікосекундної імпульсної лазерної накачки 1550 нм, а другі гармоніки також можуть ефективно збуджуватися під час безперервної лазерної накачування тієї ж довжини хвилі, а порогова потужність дорівнює до кількох сотень мікроват (рис. 1). Крім того, коли світло накачування поширюється на три різні довжини хвилі безперервного лазера (1270/1550/1590 нм), три другі гармоніки (2w1, 2w2, 2w3) і три сигнали сумарної частоти (w1+w2, w1+w3, w2+ w3) спостерігаються на кожній із шести довжин хвиль перетворення частоти. Замінивши джерело світла накачки ультравипромінюючим світлодіодним джерелом світла (SLED) із смугою пропускання 79,3 нм, генерується друга гармоніка широкого спектру з смугою пропускання 28,3 нм (рис. 2). Крім того, якщо технологія хімічного осадження з парової фази може бути використана для заміни технології сухого перенесення в цьому дослідженні, і менше шарів кристалів селеніду галію можна виростити на поверхні мікронановолокна на великих відстанях, очікується, що ефективність перетворення другої гармоніки для подальшого вдосконалення.

ФІГ. 1 Система генерації другої гармоніки та призводить до повноволоконної структури

Рисунок 2 Багатохвильове змішування та друга гармоніка широкого спектру при безперервному оптичному накачуванні