Buzení druhých harmonických v širokém spektru
Od objevu nelineárních optických efektů druhého řádu v 60. letech 20. století vzbudil široký zájem výzkumníků, dosud založený na druhých harmonických a frekvenčních efektech produkoval od extrémního ultrafialového až po daleké infračervené pásmo.lasery, výrazně podpořil vývoj laseru,optickýzpracování informací, mikroskopické zobrazování s vysokým rozlišením a další obory. Podle nelineárníoptikaa teorie polarizace, nelineární optický efekt sudého řádu úzce souvisí s krystalovou symetrií a nelineární koeficient není nulový pouze v necentrálních inverzních symetrických médiích. Jako nejzákladnější nelineární efekt druhého řádu druhé harmonické značně brání jejich generování a efektivnímu použití v křemenných vláknech kvůli amorfní formě a symetrii středové inverze. V současnosti mohou polarizační metody (optická polarizace, tepelná polarizace, polarizace elektrického pole) uměle zničit symetrii inverze materiálového středu optického vlákna a účinně zlepšit nelinearitu optického vlákna druhého řádu. Tato metoda však vyžaduje složitou a náročnou technologii přípravy a může splnit podmínky kvazifázového přizpůsobení pouze na diskrétních vlnových délkách. Rezonanční prstenec s optickým vláknem založený na režimu echo stěny omezuje širokospektrální buzení druhých harmonických. Porušením symetrie povrchové struktury vlákna jsou povrchové druhé harmonické ve vláknu se speciální strukturou do určité míry zesíleny, ale stále závisí na pulzu femtosekundového čerpadla s velmi vysokým špičkovým výkonem. Proto je generování nelineárních optických efektů druhého řádu v celovláknových strukturách a zlepšení účinnosti konverze, zejména generování širokospektrálních druhých harmonických při nízkovýkonovém, kontinuálním optickém čerpání, základními problémy, které je třeba vyřešit. v oblasti nelineární vláknové optiky a zařízení a mají důležitý vědecký význam a širokou aplikační hodnotu.
Výzkumný tým v Číně navrhl vrstvené schéma integrace krystalické fáze selenidu galia s mikro-nano vláknem. Využitím vysoké nelinearity druhého řádu a uspořádání krystalů selenidu galia na dlouhé vzdálenosti je realizován proces širokospektrého sekundárního harmonického buzení a vícefrekvenční konverze, což poskytuje nové řešení pro vylepšení víceparametrických procesů v vlákna a příprava širokopásmové druhé harmonickésvětelné zdroje. Účinné buzení druhé harmonické a součtového frekvenčního efektu ve schématu závisí především na následujících třech klíčových podmínkách: dlouhá interakční vzdálenost světla a hmoty mezi selenidem gallia amikro-nano vláknojsou splněny vysoká nelinearita druhého řádu a řád s dlouhým dosahem vrstveného krystalu selenidu galia a podmínky fázového přizpůsobení základní frekvence a režimu zdvojení frekvence.
V experimentu má mikro-nano vlákno připravené zužujícím se systémem plamenového skenování jednotnou kuželovou oblast v řádu milimetrů, která poskytuje dlouhou nelineární akční délku pro světlo čerpadla a druhou harmonickou vlnu. Nelineární polarizovatelnost integrovaného krystalu selenidu galia druhého řádu přesahuje 170 pm/V, což je mnohem vyšší hodnota než vlastní nelineární polarizovatelnost optického vlákna. Kromě toho uspořádaná struktura krystalu selenidu galia zajišťuje kontinuální fázovou interferenci druhých harmonických, což poskytuje plnou hru ve prospěch velké nelineární akční délky v mikro-nano vláknu. Ještě důležitější je, že fázové přizpůsobení mezi režimem čerpání optické báze (HE11) a režimem druhého harmonického vysokého řádu (EH11, HE31) je realizováno řízením průměru kužele a následnou regulací rozptylu vlnovodu během přípravy mikro-nano vlákna.
Výše uvedené podmínky pokládají základ pro účinné a širokopásmové buzení druhých harmonických v mikro-nanovláknech. Experiment ukazuje, že výstupu druhých harmonických na úrovni nanowattů lze dosáhnout pod 1550 nm pikosekundovým pulzním laserovým čerpadlem a druhé harmonické mohou být také účinně vybuzeny pod spojitým laserovým čerpadlem stejné vlnové délky a prahový výkon je jako několik stovek mikrowattů (obrázek 1). Dále, když se světlo pumpy rozšíří na tři různé vlnové délky kontinuálního laseru (1270/1550/1590 nm), tři druhé harmonické (2w1, 2w2, 2w3) a tři součtové frekvenční signály (w1+w2, w1+w3, w2+ w3) jsou pozorovány na každé ze šesti vlnových délek frekvenční konverze. Nahrazením světla pumpy světelným zdrojem ultra-radiant light-emitting diode (SLED) se šířkou pásma 79,3 nm se generuje širokospektrální druhá harmonická s šířkou pásma 28,3 nm (obrázek 2). Kromě toho, pokud lze použít technologii chemické depozice z plynné fáze k nahrazení technologie suchého přenosu v této studii a na povrchu mikronanovlákna na velké vzdálenosti lze pěstovat méně vrstev krystalů selenidu galia, očekává se účinnost konverze druhé harmonické dále zlepšovat.
OBR. 1 Systém generace druhé harmonické a výsledkem je celovláknová struktura
Obrázek 2 Míchání více vlnových délek a širokospektrální druhé harmonické při nepřetržitém optickém čerpání
Čas odeslání: 20. května 2024