Eksitering av andre harmoniske i et bredt spekter
Siden oppdagelsen av andre-ordens ikke-lineære optiske effekter på 1960-tallet, har vakt stor interesse blant forskere, så langt, basert på den andre harmoniske, og frekvenseffekter, har produsert fra det ekstreme ultrafiolette til det fjerne infrarøde båndet avlasere, i stor grad fremmet utviklingen av laser,optiskinformasjonsbehandling, høyoppløselig mikroskopisk bildebehandling og andre felt. I følge ikke-lineæroptikkog polarisasjonsteori, den ikke-lineære optiske effekten av jevn orden er nært knyttet til krystallsymmetri, og den ikke-lineære koeffisienten er ikke null bare i ikke-sentral inversjonssymmetriske medier. Som den mest grunnleggende andre-ordens ikke-lineære effekten hindrer andre harmoniske generering og effektiv bruk i kvartsfiber på grunn av den amorfe formen og symmetrien til senterinversjon. For tiden kan polarisasjonsmetoder (optisk polarisering, termisk polarisering, elektrisk feltpolarisering) kunstig ødelegge symmetrien til materialsenterinversjon av optisk fiber, og effektivt forbedre andreordens ikke-linearitet til optisk fiber. Imidlertid krever denne metoden kompleks og krevende forberedelsesteknologi, og kan bare møte de kvasi-fase-tilpasningsforholdene ved diskrete bølgelengder. Den optiske fiberresonansringen basert på ekkoveggmodus begrenser det brede spekterets eksitasjon av andre harmoniske. Ved å bryte symmetrien til overflatestrukturen til fiberen, forsterkes overflatens andre harmoniske i den spesielle strukturfiberen til en viss grad, men er fortsatt avhengig av femtosekundpumpepulsen med svært høy toppeffekt. Derfor er generering av andre-ordens ikke-lineære optiske effekter i alle-fiberstrukturer og forbedring av konverteringseffektivitet, 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 bruksverdi.
Et forskerteam i Kina har foreslått et lagdelt galliumselenid-krystallfaseintegrasjonsskjema med mikro-nanofiber. Ved å dra nytte av den høye andreordens ikke-lineariteten og lang rekkevidde av galliumselenidkrystaller, realiseres en bredspektret annenharmonisk eksitasjons- og multifrekvenskonverteringsprosess, som gir en ny løsning for forbedring av multiparametriske prosesser i fiber og utarbeidelse av bredbånd andre-harmoniskelyskilder. Den effektive eksiteringen av den andre harmoniske og sumfrekvenseffekten i skjemaet avhenger hovedsakelig av følgende tre nøkkelbetingelser: den lange lys-materie-interaksjonsavstanden mellom galliumselenid ogmikro-nano fiber, den høye andreordens ikke-linearitet og langdistanseordenen til den lagdelte galliumselenidkrystallen, og fasetilpasningsbetingelsene til grunnfrekvens- og frekvensdoblingsmodusen er tilfredsstilt.
I eksperimentet har mikronanofiberen fremstilt av flammeskanningssystemet et jevnt kjegleområde i størrelsesorden millimeter, som gir en lang ikke-lineær handlingslengde for pumpelyset og den andre harmoniske bølgen. Den andre ordens 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 lang rekkevidde ordnede strukturen til galliumselenidkrystallen den kontinuerlige faseinterferensen til de andre harmoniske, og gir fullt spill til fordel for den store ikke-lineære handlingslengden i mikronanofiberen. Enda viktigere er at fasetilpasningen mellom den pumpende optiske basismodusen (HE11) og den andre harmoniske høyordensmodusen (EH11, HE31) realiseres ved å kontrollere kjeglediameteren og deretter regulere bølgelederspredningen under fremstillingen av mikronanofiber.
De ovennevnte forholdene legger grunnlaget for effektiv og bredbåndseksitasjon av andre harmoniske i mikronanofiber. Eksperimentet viser at utgangen av andre harmoniske på nanowatt-nivå kan oppnås under 1550 nm pikosekundpulslaserpumpen, og de andre harmoniske kan også eksiteres effektivt under den kontinuerlige laserpumpen med samme bølgelengde, og terskeleffekten er som lavt som flere hundre mikrowatt (Figur 1). Videre, når pumpelyset utvides til tre forskjellige bølgelengder av kontinuerlig laser (1270/1550/1590 nm), tre andre harmoniske (2w1, 2w2, 2w3) og tre sumfrekvenssignaler (w1+w2, w1+w3, w2+ w3) observeres ved hver av de seks frekvensomformingsbølgelengdene. Ved å erstatte pumpelyset med en ultra-strålende 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 og resulterer i helfiberstruktur
Figur 2 Multi-bølgelengdeblanding og bredspektrede andre harmoniske under kontinuerlig optisk pumping
Innleggstid: 20. mai 2024