Eksitasjon av andre harmoniske i et bredt spekter

Eksitasjon av andre harmoniske i et bredt spekter

Siden oppdagelsen av andreordens ikke-lineære optiske effekter på 1960-tallet har dette vakt bred interesse hos forskere, og så langt har det, basert på andre harmoniske og frekvenseffekter, blitt produsert fra det ekstreme ultrafiolette til det fjerne infrarøde båndet.lasere, fremmet utviklingen av laser i stor grad,optiskinformasjonsbehandling, mikroskopisk avbildning med høy oppløsning og andre felt. I henhold til ikke-lineæroptikkog polarisasjonsteori, er den likeordens ikke-lineære optiske effekten nært knyttet til krystallsymmetri, og den ikke-lineære koeffisienten er ikke bare null i ikke-sentrale inversjonssymmetriske medier. Som den mest grunnleggende andreordens ikke-lineære effekten hindrer de andre harmoniske i stor grad deres generering og effektive bruk i kvartsfiber på grunn av den amorfe formen og symmetrien til sentrumsinversjonen. For tiden kan polarisasjonsmetoder (optisk polarisering, termisk polarisering, elektrisk feltpolarisering) kunstig ødelegge symmetrien til materialets sentrumsinversjon av optisk fiber, og effektivt forbedre andreordens ikke-linearitet til optisk fiber. Denne metoden krever imidlertid kompleks og krevende forberedelsesteknologi, og kan bare oppfylle kvasifasetilpasningsbetingelsene ved diskrete bølgelengder. Den optiske fiberens resonansring basert på ekkoveggmodus begrenser bredspektret eksitasjon av andre harmoniske. Ved å bryte symmetrien til fiberens overflatestruktur, forbedres overflatens andre harmoniske i fiberen med spesiell struktur til en viss grad, men er fortsatt avhengig av femtosekundpumpepulsen med svært høy toppeffekt. Derfor er generering av andreordens ikke-lineære optiske effekter i helfiberstrukturer og forbedring av konverteringseffektiviteten, spesielt generering av bredspektrede andre harmoniske i laveffekt, kontinuerlig optisk pumping, de grunnleggende problemene som må løses innen ikke-lineær fiberoptikk og enheter, og har viktig vitenskapelig betydning og bred anvendelsesverdi.

Et forskerteam i Kina har foreslått et lagdelt galliumselenidkrystallfaseintegrasjonsskjema med mikro-nanofiber. Ved å dra nytte av den høye andreordens ulineariteten og langtrekkende ordningen til galliumselenidkrystaller, realiseres en bredspektret andreharmonisk eksitasjon og multifrekvenskonverteringsprosess, noe som gir en ny løsning for forbedring av multiparametriske prosesser i fiber og forberedelse av bredbånds andreharmoniske.lyskilderDen effektive eksitasjonen av den andre harmoniske og sumfrekvenseffekten i skjemaet avhenger hovedsakelig av følgende tre nøkkelbetingelser: den lange lys-stoff-interaksjonsavstanden mellom galliumselenid ogmikro-nanofiber, den høye andreordens ulineariteten og langtrekkende ordenen til den lagdelte galliumselenidkrystallen, og fasetilpasningsbetingelsene for den grunnleggende frekvensen og frekvensdoblingsmodusen er oppfylt.

I eksperimentet har mikronanofiberen som ble fremstilt med flammeskanningssystemet et ensartet kjegleområde i størrelsesorden millimeter, noe som gir en lang ikke-lineær aksjonslengde for pumpelyset og den andre harmoniske bølgen. Den andreordens ikke-lineære polariserbarheten til den integrerte galliumselenidkrystallen overstiger 170 pm/V, som er mye høyere enn den iboende ikke-lineære polariserbarheten til den optiske fiberen. Dessuten sikrer den langtrekkende ordnede strukturen til galliumselenidkrystallen kontinuerlig faseinterferens av de andre harmoniske, noe som gir full spille til fordelen av den store ikke-lineære aksjonslengden i mikronanofiberen. Enda viktigere er det at fasetilpasningen mellom den pumpende optiske basismodusen (HE11) og den andre harmoniske høyordensmodusen (EH11, HE31) realiseres ved å kontrollere kjeglediameteren og deretter regulere bølgelederdispersjonen under fremstillingen av mikronanofiberen.

Ovennevnte forhold legger grunnlaget for effektiv og bredbåndet eksitering av andre harmoniske i mikronanofiber. Eksperimentet viser at utgangen av andre harmoniske på nanowatt-nivå kan oppnås under 1550 nm pikosekunders pulslaserpumpe, og de andre harmoniske kan også eksiteres effektivt under den kontinuerlige laserpumpen med samme bølgelengde, og terskeleffekten er så lav som flere hundre mikrowatt (figur 1). Når pumpelyset utvides til tre forskjellige bølgelengder med kontinuerlig laser (1270/1550/1590 nm), observeres tre andre harmoniske (2w1, 2w2, 2w3) og tre sumfrekvenssignaler (w1+w2, w1+w3, w2+w3) ved hver av de seks frekvensomformingsbølgelengdene. Ved å erstatte pumpelyset med en ultrastrålende lysdiode (SLED) lyskilde med en båndbredde på 79,3 nm, genereres en bredspektret andre harmonisk med en båndbredde på 28,3 nm (figur 2). I tillegg, hvis kjemisk dampavsetningsteknologi kan brukes til å erstatte tørroverføringsteknologien i denne studien, og færre lag med galliumselenidkrystaller kan dyrkes på overflaten av mikronanofiber over lange avstander, forventes den andre harmoniske konverteringseffektiviteten å bli ytterligere forbedret.

FIG. 1 System for generering av andre harmoniske elementer og resultater i en helfiberstruktur

Figur 2 Blanding av flere bølgelengder og bredspektrede andre harmoniske under kontinuerlig optisk pumping