Excitation af anden harmoniske i et bredt spektrum
Siden opdagelsen af andenordens ikke-lineære optiske effekter i 1960'erne har dette vakt bred interesse hos forskere, og baseret på anden harmoniske og frekvenseffekter er der indtil videre produceret effekter fra det ekstreme ultraviolette til det fjerne infrarøde bånd.lasere, i høj grad fremmede udviklingen af laser,optiskinformationsbehandling, mikroskopisk billeddannelse med høj opløsning og andre områder. Ifølge ikke-lineæroptikog polarisationsteori er den ligeordens ikke-lineære optiske effekt tæt forbundet med krystalsymmetri, og den ikke-lineære koefficient er ikke kun nul i ikke-centrale inversionssymmetriske medier. Som den mest basale andenordens ikke-lineære effekt hindrer de anden harmoniske i høj grad deres generering og effektive anvendelse i kvartsfibre på grund af den amorfe form og symmetrien af centerinversionen. I øjeblikket kan polarisationsmetoder (optisk polarisering, termisk polarisering, elektrisk feltpolarisering) kunstigt ødelægge symmetrien af materialecenterinversionen af optiske fibre og effektivt forbedre den andenordens ikke-linearitet af optiske fibre. Denne metode kræver dog kompleks og krævende forberedelsesteknologi og kan kun opfylde kvasifasetilpasningsbetingelserne ved diskrete bølgelængder. Den optiske fibers resonansring baseret på ekkovægstilstand begrænser den bredspektrede excitation af anden harmoniske. Ved at bryde symmetrien af fiberens overfladestruktur forbedres de anden overfladeharmoniske i fiberen med specialstruktur til en vis grad, men afhænger stadig af femtosekundpumpepulsen med meget høj peakeffekt. Derfor er genereringen af andenordens ikke-lineære optiske effekter i fiberstrukturer og forbedringen af konverteringseffektiviteten, især genereringen af bredspektrede andenharmoniske i laveffekt, kontinuerlig optisk pumpning, de grundlæggende problemer, der skal løses inden for ikke-lineær fiberoptik og -enheder, og de har vigtig videnskabelig betydning og bred anvendelsesværdi.
Et forskerhold i Kina har foreslået en lagdelt galliumselenidkrystalfaseintegrationsordning med mikro-nanofiber. Ved at udnytte den høje andenordens ulinearitet og langtrækkende ordning af galliumselenidkrystaller realiseres en bredspektret andenharmonisk excitations- og multifrekvenskonverteringsproces, hvilket giver en ny løsning til forbedring af multiparametriske processer i fiber og forberedelse af bredbånds andenharmoniske.lyskilderDen effektive excitation af den anden harmoniske og sumfrekvenseffekten i skemaet afhænger hovedsageligt af følgende tre nøglebetingelser: den lange lys-stof-interaktionsafstand mellem galliumselenid ogmikro-nanofiber, den høje andenordens ulinearitet og langdistanceorden for den lagdelte galliumselenidkrystal, og fasetilpasningsbetingelserne for den grundlæggende frekvens og frekvensfordoblingstilstanden er opfyldt.
I eksperimentet har mikronanofiberen, der er fremstillet af flammescannings-tilspidsningssystemet, et ensartet kegleområde i størrelsesordenen millimeter, hvilket giver en lang ikke-lineær aktionslængde for pumpelyset og den anden harmoniske bølge. Den andenordens ikke-lineære polariserbarhed af den integrerede galliumselenidkrystal overstiger 170 pm/V, hvilket er meget højere end den iboende ikke-lineære polariserbarhed af den optiske fiber. Desuden sikrer galliumselenidkrystallens langtrækkende ordnede struktur kontinuerlig faseinterferens af de anden harmoniske, hvilket giver fuld fordel af den store ikke-lineære aktionslængde i mikronanofiberen. Endnu vigtigere er det, at fasetilpasningen mellem den pumpende optiske basistilstand (HE11) og den anden harmoniske højordenstilstand (EH11, HE31) realiseres ved at kontrollere keglediameteren og derefter regulere bølgelederdispersionen under fremstillingen af mikronanofiberen.
Ovenstående betingelser danner grundlag for effektiv og bredbåndet excitation af anden harmoniske i mikro-nanofiber. Eksperimentet viser, at outputtet af anden harmoniske på nanowatt-niveau kan opnås under 1550 nm picosekund pulslaserpumpe, og de anden harmoniske kan også exciteres effektivt under den kontinuerlige laserpumpe med samme bølgelængde, og tærskeleffekten er så lav som flere hundrede mikrowatt (Figur 1). Når pumpelyset udvides til tre forskellige bølgelængder af kontinuerlig laser (1270/1550/1590 nm), observeres der tre anden harmoniske (2w1, 2w2, 2w3) og tre sumfrekvenssignaler (w1+w2, w1+w3, w2+w3) ved hver af de seks frekvenskonverteringsbølgelængder. Ved at erstatte pumpelyset med en ultra-strålende lysdiode (SLED) lyskilde med en båndbredde på 79,3 nm, genereres en bredspektret anden harmonisk med en båndbredde på 28,3 nm (Figur 2). Derudover forventes den anden harmoniske konverteringseffektivitet at blive yderligere forbedret, hvis kemisk dampaflejringsteknologi kan bruges til at erstatte tøroverføringsteknologien i denne undersøgelse, og færre lag af galliumselenidkrystaller kan dyrkes på overfladen af mikro-nanofibre over lange afstande.
FIG. 1 System til generering af anden harmonisk harmonisk struktur og resultater i en helfiberstruktur
Figur 2 Blanding af flere bølgelængder og bredspektrede andenharmoniske under kontinuerlig optisk pumpning
Udsendelsestidspunkt: 20. maj 2024