Διέγερση δεύτερων αρμονικών σε ένα ευρύ φάσμα

Διέγερση δεύτερων αρμονικών σε ένα ευρύ φάσμα

Από την ανακάλυψη των μη γραμμικών οπτικών φαινομένων δεύτερης τάξης τη δεκαετία του 1960, έχει προκαλέσει μεγάλο ενδιαφέρον στους ερευνητές, μέχρι στιγμής, με βάση τα φαινόμενα δεύτερης αρμονικής και συχνότητας, έχει παραχθεί από την ακραία υπεριώδη έως την μακρινή υπέρυθρη ζώνηλέιζερ, προώθησε σημαντικά την ανάπτυξη του λέιζερ,οπτικόςεπεξεργασία πληροφοριών, μικροσκοπική απεικόνιση υψηλής ανάλυσης και άλλα πεδία. Σύμφωνα με μη γραμμικάοπτικήκαι η θεωρία πόλωσης, το μη γραμμικό οπτικό φαινόμενο άρτιας τάξης σχετίζεται στενά με τη συμμετρία των κρυστάλλων, και ο μη γραμμικός συντελεστής δεν είναι μηδέν μόνο σε μη κεντρικά συμμετρικά μέσα αντιστροφής. Ως το πιο βασικό μη γραμμικό φαινόμενο δεύτερης τάξης, οι δεύτερες αρμονικές εμποδίζουν σημαντικά την παραγωγή και την αποτελεσματική χρήση τους σε ίνες χαλαζία λόγω της άμορφης μορφής και της συμμετρίας της κεντρικής αντιστροφής. Προς το παρόν, οι μέθοδοι πόλωσης (οπτική πόλωση, θερμική πόλωση, πόλωση ηλεκτρικού πεδίου) μπορούν να καταστρέψουν τεχνητά τη συμμετρία της κεντρικής αντιστροφής υλικού της οπτικής ίνας και να βελτιώσουν αποτελεσματικά τη μη γραμμικότητα δεύτερης τάξης της οπτικής ίνας. Ωστόσο, αυτή η μέθοδος απαιτεί πολύπλοκη και απαιτητική τεχνολογία προετοιμασίας και μπορεί να ικανοποιήσει μόνο τις συνθήκες αντιστοίχισης οιονεί φάσης σε διακριτά μήκη κύματος. Ο δακτύλιος συντονισμού οπτικής ίνας που βασίζεται στη λειτουργία τοίχου ηχούς περιορίζει την ευρεία φασματική διέγερση των δεύτερων αρμονικών. Σπάζοντας τη συμμετρία της επιφανειακής δομής της ίνας, οι επιφανειακές δεύτερες αρμονικές στην ίνα ειδικής δομής ενισχύονται σε κάποιο βαθμό, αλλά εξακολουθούν να εξαρτώνται από τον παλμό αντλίας femtosecond με πολύ υψηλή μέγιστη ισχύ. Επομένως, η δημιουργία μη γραμμικών οπτικών φαινομένων δεύτερης τάξης σε δομές από όλες τις οπτικές ίνες και η βελτίωση της απόδοσης μετατροπής, ειδικά η δημιουργία δεύτερων αρμονικών ευρέος φάσματος σε χαμηλής ισχύος, συνεχή οπτική άντληση, είναι τα βασικά προβλήματα που πρέπει να επιλυθούν στον τομέα των μη γραμμικών οπτικών ινών και συσκευών και έχουν σημαντική επιστημονική σημασία και ευρεία εφαρμογή.

Μια ερευνητική ομάδα στην Κίνα πρότεινε ένα σχήμα ολοκλήρωσης φάσης σε στρώσεις κρυστάλλων σεληνιδίου του γαλλίου με μικρο-νανο-ίνα. Εκμεταλλευόμενη την υψηλή μη γραμμικότητα δεύτερης τάξης και την ταξινόμηση σε μεγάλο εύρος των κρυστάλλων σεληνιδίου του γαλλίου, πραγματοποιείται μια διαδικασία διέγερσης δεύτερης αρμονικής ευρέος φάσματος και μετατροπής πολλαπλών συχνοτήτων, παρέχοντας μια νέα λύση για την ενίσχυση πολυπαραμετρικών διεργασιών σε οπτικές ίνες και την παρασκευή δεύτερης αρμονικής ευρείας ζώνης.πηγές φωτόςΗ αποτελεσματική διέγερση της δεύτερης αρμονικής και του φαινομένου αθροιστικής συχνότητας στο σχήμα εξαρτάται κυρίως από τις ακόλουθες τρεις βασικές συνθήκες: τη μεγάλη απόσταση αλληλεπίδρασης φωτός-ύλης μεταξύ του σεληνιδίου του γαλλίου καιμικρο-νανο ίνα, η υψηλή μη γραμμικότητα δεύτερης τάξης και η τάξη μεγάλης εμβέλειας του στρωματοποιημένου κρυστάλλου σεληνιδίου του γαλλίου, καθώς και οι συνθήκες αντιστοίχισης φάσης της θεμελιώδους συχνότητας και της λειτουργίας διπλασιασμού συχνότητας, ικανοποιούνται.

Στο πείραμα, η μικρο-νανο-ίνα που παρασκευάζεται από το σύστημα κωνικής σάρωσης φλόγας έχει μια ομοιόμορφη περιοχή κώνου της τάξης του χιλιοστού, η οποία παρέχει ένα μεγάλο μη γραμμικό μήκος δράσης για το φως άντλησης και το δεύτερο αρμονικό κύμα. Η μη γραμμική πολωσιμότητα δεύτερης τάξης του ενσωματωμένου κρυστάλλου σεληνιδίου του γαλλίου υπερβαίνει τα 170 pm/V, η οποία είναι πολύ υψηλότερη από την εγγενή μη γραμμική πολωσιμότητα της οπτικής ίνας. Επιπλέον, η διατεταγμένη δομή μεγάλης εμβέλειας του κρυστάλλου σεληνιδίου του γαλλίου εξασφαλίζει τη συνεχή παρεμβολή φάσης των δεύτερων αρμονικών, δίνοντας πλήρη αξιοποίηση του μεγάλου μη γραμμικού μήκους δράσης στην μικρο-νανο-ίνα. Το πιο σημαντικό, η αντιστοίχιση φάσης μεταξύ της βασικής οπτικής λειτουργίας άντλησης (HE11) και της δεύτερης αρμονικής λειτουργίας υψηλής τάξης (EH11, HE31) πραγματοποιείται ελέγχοντας τη διάμετρο του κώνου και στη συνέχεια ρυθμίζοντας τη διασπορά του κυματοδηγού κατά την παρασκευή της μικρο-νανο-ίνας.

Οι παραπάνω συνθήκες θέτουν τα θεμέλια για την αποτελεσματική και ευρυζωνική διέγερση δεύτερων αρμονικών σε μικρο-νανο-ίνα. Το πείραμα δείχνει ότι η έξοδος δεύτερων αρμονικών σε επίπεδο νανοβατ μπορεί να επιτευχθεί με την αντλία λέιζερ παλμού πικοδευτερολέπτου των 1550 nm, και οι δεύτερες αρμονικές μπορούν επίσης να διεγερθούν αποτελεσματικά με την συνεχή αντλία λέιζερ του ίδιου μήκους κύματος, και η ισχύς κατωφλίου είναι τόσο χαμηλή όσο αρκετές εκατοντάδες μικροβάτ (Σχήμα 1). Επιπλέον, όταν το φως της αντλίας επεκτείνεται σε τρία διαφορετικά μήκη κύματος συνεχούς λέιζερ (1270/1550/1590 nm), παρατηρούνται τρεις δευτερολέπτες αρμονικές (2w1, 2w2, 2w3) και τρία σήματα αθροιστικής συχνότητας (w1+w2, w1+w3, w2+w3) σε καθένα από τα έξι μήκη κύματος μετατροπής συχνότητας. Αντικαθιστώντας το φως της αντλίας με μια πηγή φωτός υπεριώδους διόδου εκπομπής φωτός (SLED) με εύρος ζώνης 79,3 nm, παράγεται μια δεύτερη αρμονική ευρέος φάσματος με εύρος ζώνης 28,3 nm (Σχήμα 2). Επιπλέον, εάν η τεχνολογία χημικής εναπόθεσης ατμών μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να αντικαταστήσει την τεχνολογία ξηρής μεταφοράς σε αυτή τη μελέτη και λιγότερα στρώματα κρυστάλλων σεληνιδίου του γαλλίου μπορούν να αναπτυχθούν στην επιφάνεια των μικρο-νανοινών σε μεγάλες αποστάσεις, η απόδοση μετατροπής δεύτερης αρμονικής αναμένεται να βελτιωθεί περαιτέρω.

ΣΧ. 1 Σύστημα παραγωγής δεύτερης αρμονικής και αποτελέσματα σε δομή εξ ολοκλήρου από οπτικές ίνες

Σχήμα 2 Ανάμειξη πολλαπλών μηκών κύματος και δεύτερες αρμονικές ευρέος φάσματος υπό συνεχή οπτική άντληση