Διέγερση δεύτερων αρμονικών σε ευρύ φάσμα

Διέγερση δεύτερων αρμονικών σε ευρύ φάσμα

Από την ανακάλυψη των μη γραμμικών οπτικών εφέ δεύτερης τάξης στη δεκαετία του 1960, έχει προκαλέσει μεγάλο ενδιαφέρον ερευνητών, μέχρι στιγμής, με βάση τα φαινόμενα δεύτερης αρμονικής και συχνότητας, έχει παραχθεί από την ακραία υπεριώδη έως την υπέρυθρη ζώνηλέιζερ, προώθησε πολύ την ανάπτυξη του λέιζερ,οπτικόςεπεξεργασία πληροφοριών, μικροσκοπική απεικόνιση υψηλής ανάλυσης και άλλα πεδία. Σύμφωνα με μη γραμμικόοπτικήκαι τη θεωρία πόλωσης, το μη γραμμικό οπτικό φαινόμενο άρτιας τάξης σχετίζεται στενά με την κρυσταλλική συμμετρία και ο μη γραμμικός συντελεστής δεν είναι μηδέν μόνο σε συμμετρικά μέσα μη κεντρικής αναστροφής. Ως το πιο βασικό μη γραμμικό αποτέλεσμα δεύτερης τάξης, οι δεύτερες αρμονικές εμποδίζουν σε μεγάλο βαθμό τη δημιουργία και την αποτελεσματική χρήση τους σε ίνες χαλαζία λόγω της άμορφης μορφής και της συμμετρίας της αναστροφής του κέντρου. Επί του παρόντος, οι μέθοδοι πόλωσης (οπτική πόλωση, θερμική πόλωση, πόλωση ηλεκτρικού πεδίου) μπορούν να καταστρέψουν τεχνητά τη συμμετρία της αντιστροφής του κέντρου 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 ανταποκριθεί στις συνθήκες οιονεί ταιριάσματος φάσης μόνο σε διακριτά μήκη κύματος. Ο δακτύλιος συντονισμού οπτικών ινών που βασίζεται στη λειτουργία τοίχου ηχούς περιορίζει τη διέγερση ευρέος φάσματος των δεύτερων αρμονικών. Σπάζοντας τη συμμετρία της επιφανειακής δομής της ίνας, οι δευτερεύουσες αρμονικές της επιφάνειας στην ειδική δομή ίνας ενισχύονται σε κάποιο βαθμό, αλλά εξακολουθούν να εξαρτώνται από τον παλμό της αντλίας femtosecond με πολύ υψηλή ισχύ αιχμής. Επομένως, η δημιουργία μη γραμμικών οπτικών εφέ δεύτερης τάξης σε δομές όλων των ινών και η βελτίωση της απόδοσης μετατροπής, ειδικά η δημιουργία δευτερογενών 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 αξία εφαρμογής.

Μια ερευνητική ομάδα στην Κίνα πρότεινε ένα σχήμα ολοκλήρωσης κρυσταλλικής φάσης με στρώσεις σεληνιούχου γαλλίου με μικρο-νανοίνες. Εκμεταλλευόμενοι την υψηλή μη γραμμικότητα δεύτερης τάξης και τη μεγάλης εμβέλειας τάξη των κρυστάλλων σεληνιούχου γαλλίου, πραγματοποιείται μια ευρέως φάσματος δευτεροαρμονική διέγερση και διαδικασία μετατροπής πολλαπλών συχνοτήτων, παρέχοντας μια νέα λύση για τη βελτίωση των πολυπαραμετρικών διεργασιών σε ίνα και την παρασκευή ευρυζωνικών δευτερο-αρμονικώνπηγές φωτός. Η αποτελεσματική διέγερση του δεύτερου φαινομένου αρμονικής και αθροιστικής συχνότητας στο σχήμα εξαρτάται κυρίως από τις ακόλουθες τρεις βασικές συνθήκες: τη μεγάλη απόσταση αλληλεπίδρασης φωτός-ύλης μεταξύ σεληνιούχου γαλλίου καιμικρο-νανοϊνες, η υψηλή μη γραμμικότητα δεύτερης τάξης και η τάξη μεγάλης εμβέλειας του στρωματοποιημένου κρυστάλλου σεληνιούχου γαλλίου και οι συνθήκες αντιστοίχισης φάσης του βασικού τρόπου διπλασιασμού συχνότητας και συχνότητας ικανοποιούνται.

Στο πείραμα, η μικρο-νανο ίνα που παρασκευάστηκε από το σύστημα σάρωσης φλόγας έχει μια ομοιόμορφη περιοχή κώνου της τάξης του χιλιοστού, η οποία παρέχει ένα μεγάλο μη γραμμικό μήκος δράσης για το φως της αντλίας και το δεύτερο αρμονικό κύμα. Η δεύτερης τάξης μη γραμμική ικανότητα πόλωσης του ενσωματωμένου κρυστάλλου σεληνιούχου γαλλίου υπερβαίνει τα 170 pm/V, που είναι πολύ υψηλότερη από την εγγενή μη γραμμική ικανότητα πόλωσης της οπτικής ίνας. Επιπλέον, η διατεταγμένη δομή μεγάλης εμβέλειας του κρυστάλλου σεληνιούχου γαλλίου εξασφαλίζει τη συνεχή παρεμβολή φάσης των δεύτερων αρμονικών, δίνοντας πλήρη λειτουργία στο πλεονέκτημα του μεγάλου μη γραμμικού μήκους δράσης στη μικρο-νανο ίνα. Πιο σημαντικό, η αντιστοίχιση φάσης μεταξύ της λειτουργίας οπτικής βάσης 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 προετοιμασία της μικρο-νανο ίνας.

Οι παραπάνω συνθήκες θέτουν τα θεμέλια για την αποτελεσματική και ευρείας ζώνης διέγερση των δεύτερων αρμονικών σε μικρο-νανο ίνες. Το πείραμα δείχνει ότι η έξοδος των δεύτερων αρμονικών σε επίπεδο νανοβάτ μπορεί να επιτευχθεί κάτω από την αντλία παλμικού λέιζερ 1550 nm picosecond και οι δεύτερες αρμονικές μπορούν επίσης να διεγερθούν αποτελεσματικά κάτω από τη συνεχή αντλία λέιζερ του ίδιου μήκους κύματος και η ισχύς κατωφλίου είναι όπως χαμηλή έως αρκετές εκατοντάδες μικροβάτ (Εικόνα 1). Επιπλέον, όταν το φως της αντλίας επεκτείνεται σε τρία διαφορετικά μήκη κύματος συνεχούς λέιζερ (1270/1550/1590 nm), τρεις δευτερεύουσες αρμονικές (2w1, 2w2, 2w3) και τρία σήματα αθροίσματος συχνότητας (w1+w2, w1+w3, w2+ w3) παρατηρούνται σε καθένα από τα έξι μήκη κύματος μετατροπής συχνότητας. Αντικαθιστώντας το φως της αντλίας με μια πηγή φωτός υπερακτινοβολούμενης διόδου εκπομπής φωτός (SLED) με εύρος ζώνης 79,3 nm, δημιουργείται μια δεύτερη αρμονική ευρέος φάσματος με εύρος ζώνης 28,3 nm (Εικόνα 2). Επιπλέον, εάν η τεχνολογία εναπόθεσης χημικών ατμών μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να αντικαταστήσει την τεχνολογία ξηρής μεταφοράς σε αυτή τη μελέτη και λιγότερα στρώματα κρυστάλλων σεληνιούχου γαλλίου μπορούν να αναπτυχθούν στην επιφάνεια μικρο-νανοϊνών σε μεγάλες αποστάσεις, αναμένεται η δεύτερη απόδοση αρμονικής μετατροπής να βελτιωθεί περαιτέρω.

ΣΥΚΟ. 1 Δεύτερο σύστημα παραγωγής αρμονικών και έχει ως αποτέλεσμα τη δομή όλων των ινών

Σχήμα 2 Ανάμιξη πολλαπλών μηκών κύματος και δευτερεύουσες αρμονικές ευρέος φάσματος υπό συνεχή οπτική άντληση