Excitation af anden harmoniske i et bredt spektrum
Siden opdagelsen af anden-ordens ikke-lineære optiske effekter i 1960'erne, har vakt stor interesse hos forskere, og indtil videre, baseret på den anden harmoniske, og frekvenseffekter, har den produceret fra det ekstreme ultraviolette til det fjerne infrarøde bånd aflasere, i høj grad fremmet udviklingen af laser,optiskinformationsbehandling, mikroskopisk billeddannelse i høj opløsning og andre områder. Ifølge ikke-lineæroptikog polarisationsteori er den lige ordens ulineære optiske effekt tæt forbundet med krystalsymmetri, og den ulineære koefficient er ikke kun nul i ikke-centrale inversionssymmetriske medier. Som den mest basale anden-ordens ikke-lineære effekt hindrer anden harmoniske i høj grad deres generering og effektive brug i kvartsfibre på grund af den amorfe form og symmetrien af centerinversion. På nuværende tidspunkt kan polariseringsmetoder (optisk polarisering, termisk polarisering, elektrisk feltpolarisering) kunstigt ødelægge symmetrien af materialecenterinversion af optisk fiber og effektivt forbedre andenordens ikke-linearitet af optisk fiber. Denne metode kræver imidlertid kompleks og krævende forberedelsesteknologi og kan kun opfylde de kvasifasetilpasningsbetingelser ved diskrete bølgelængder. Den optiske fiberresonansring baseret på ekkovægstilstanden begrænser det brede spektrum af excitation af anden harmoniske. Ved at bryde symmetrien af fiberens overfladestruktur forstærkes overfladens anden harmoniske i den specielle strukturfiber til en vis grad, men er stadig afhængig af femtosekund pumpepulsen med meget høj spidseffekt. Derfor er genereringen af andenordens ikke-lineære optiske effekter i alle-fiberstrukturer og forbedringen af konverteringseffektiviteten, især genereringen af bredspektrede anden harmoniske i lav-effekt, kontinuerlig optisk pumpning, de grundlæggende problemer, der skal løses inden for ikke-lineær fiberoptik og enheder, og har vigtig videnskabelig betydning og bred anvendelsesværdi.
Et forskerhold i Kina har foreslået et lagdelt galliumselenidkrystalfaseintegrationsskema med mikronanofiber. Ved at drage fordel af den høje andenordens ikke-linearitet og lang rækkefølge af galliumselenidkrystaller realiseres en bredspektret andenharmonisk excitations- og multifrekvenskonverteringsproces, hvilket giver en ny løsning til forbedring af multiparametriske processer i fiber og udarbejdelse af bredbånds anden harmonisklyskilder. Den effektive excitation af den anden harmoniske og sumfrekvenseffekt i skemaet afhænger hovedsageligt af følgende tre nøglebetingelser: den lange lys-stof interaktionsafstand mellem galliumselenid ogmikro-nano fiber, den høje andenordens ikke-linearitet og langtrækkende rækkefølge af den lagdelte galliumselenidkrystal og fasetilpasningsbetingelserne for den grundlæggende frekvens- og frekvensfordoblingstilstand er opfyldt.
I eksperimentet har mikro-nanofiberen, der er fremstillet af flammescanningstilspidsningssystemet, et ensartet kegleområde i størrelsesordenen millimeter, hvilket giver en lang ikke-lineær aktionslængde for pumpelyset og den anden harmoniske bølge. 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 den langtrækkende ordnede struktur af galliumselenidkrystallen den kontinuerlige faseinterferens af de anden harmoniske, hvilket giver fuldt spil til fordel for den store ikke-lineære aktionslængde i mikronanofiberen. Endnu vigtigere er fasetilpasningen mellem den pumpende optiske basistilstand (HE11) og den anden harmoniske højordenstilstand (EH11, HE31) realiseret ved at kontrollere keglediameteren og derefter regulere bølgelederdispersionen under fremstillingen af mikro-nanofiber.
Ovenstående betingelser lægger grundlaget for den effektive og bredbånds excitation af anden harmoniske i mikro-nano fiber. Eksperimentet viser, at udgangen af anden harmoniske på nanowatt-niveau kan opnås under 1550 nm picosecond puls laserpumpen, og de anden harmoniske kan også exciteres effektivt under den kontinuerlige laserpumpe med samme bølgelængde, og tærskeleffekten er som lavt som flere hundrede mikrowatt (figur 1). Yderligere, når pumpelyset udvides til tre forskellige bølgelængder af kontinuerlig laser (1270/1550/1590 nm), tre sekundovertoner (2w1, 2w2, 2w3) og tre sumfrekvenssignaler (w1+w2, w1+w3, w2+ w3) observeres ved hver af de seks frekvensomdannelsesbølgelængder. 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, hvis kemisk dampaflejringsteknologi kan bruges til at erstatte tøroverførselsteknologien i denne undersøgelse, og færre lag af galliumselenidkrystaller kan dyrkes på overfladen af mikronanofiber over lange afstande, forventes den anden harmoniske konverteringseffektivitet skal forbedres yderligere.
FIG. 1 Anden harmonisk genereringssystem og resulterer i en helfiberstruktur
Figur 2 Multi-bølgelængde blanding og bredspektrede anden harmoniske under kontinuerlig optisk pumpning
Indlægstid: 20. maj 2024