Възбуждане на втори хармоници в широк спектър

Възбуждане на втори хармоници в широк спектър

След откриването на нелинейни оптични ефекти от втори ред през 60-те години на миналия век, те предизвикаха широк интерес от изследователите. Досега, въз основа на ефектите на втората хармоника и честотата, бяха получени от крайния ултравиолетов до далечния инфрачервен диапазон.лазери, значително насърчи развитието на лазера,оптиченобработка на информация, микроскопско изобразяване с висока резолюция и други области. Според нелинейнитеоптикаСпоред теорията на поляризацията, нелинейният оптичен ефект от четен порядък е тясно свързан с кристалната симетрия и нелинейният коефициент не е нула само в нецентрално инверсионно симетрични среди. Като най-основен нелинеен ефект от втори порядък, вторите хармоници значително възпрепятстват тяхното генериране и ефективно използване в кварцовите влакна поради аморфната им форма и симетрията на централната инверсия. В момента методите на поляризация (оптична поляризация, термична поляризация, поляризация на електрическото поле) могат изкуствено да разрушат симетрията на материалната централна инверсия на оптичните влакна и ефективно да подобрят нелинейността на втори порядък на оптичните влакна. Този метод обаче изисква сложна и взискателна технология за подготовка и може да отговори на условията за квазифазово съгласуване само при дискретни дължини на вълните. Резонансният пръстен на оптичните влакна, базиран на режима на ехо стената, ограничава широкоспектърното възбуждане на вторите хармоници. Чрез нарушаване на симетрията на повърхностната структура на влакното, повърхностните втори хармоници в специалната структура на влакното се усилват до известна степен, но все още зависят от фемтосекундния импулс на помпата с много висока пикова мощност. Следователно, генерирането на нелинейни оптични ефекти от втори ред в изцяло оптични структури и подобряването на ефективността на преобразуване, особено генерирането на широкоспектърни втори хармоници при нискоенергийно, непрекъснато оптично напомпване, са основните проблеми, които трябва да бъдат решени в областта на нелинейната оптична оптика и устройства, и имат важно научно значение и широка приложна стойност.

Изследователски екип в Китай предложи схема за фазова интеграция на слоести кристали от галиев селенид с микро-нано влакно. Чрез използване на високата нелинейност от втори ред и подреждането на далечни разстояния на кристалите от галиев селенид се реализира широкоспектърен процес на възбуждане с втора хармоника и многочестотно преобразуване, осигурявайки ново решение за подобряване на многопараметричните процеси във влакната и получаване на широколентова втора хармоника.източници на светлинаЕфективното възбуждане на втория хармоник и ефекта на сумарна честота в схемата зависи главно от следните три ключови условия: голямото разстояние на взаимодействие светлина-материя между галиевия селенид имикро-нано влакна, високата нелинейност от втори ред и дългият порядък на слоестия кристал от галиев селенид, както и условията за фазово съгласуване на основната честота и режима на удвояване на честотата са изпълнени.

В експеримента, микро-нано влакното, приготвено чрез система за стесняване с пламъчно сканиране, има равномерна конична област от порядъка на милиметър, което осигурява дълга нелинейна дължина на действие за помпената светлина и втората хармонична вълна. Нелинейната поляризуемост от втори ред на интегрирания кристал от галиев селенид надвишава 170 pm/V, което е много по-високо от присъщата нелинейна поляризуемост на оптичното влакно. Освен това, подредената структура на дългия обхват на кристала от галиев селенид осигурява непрекъсната фазова интерференция на вторите хармоници, давайки пълна свобода на действие на голямата нелинейна дължина на действие в микро-нано влакното. По-важното е, че фазовото съгласуване между базовия оптичен мод на помпената светлина (HE11) и високия мод на втората хармонична вълна (EH11, HE31) се осъществява чрез контролиране на диаметъра на конуса и след това регулиране на дисперсията на вълновода по време на приготвянето на микро-нано влакното.

Горните условия полагат основите за ефективно и широколентово възбуждане на втори хармоници в микро-нано влакна. Експериментът показва, че изходът на втори хармоници на нановатово ниво може да бъде постигнат при пикосекундна импулсна лазерна помпа от 1550 nm, а вторите хармоници могат да бъдат възбудени ефективно и при непрекъсната лазерна помпа със същата дължина на вълната, като праговата мощност е само няколкостотин микровата (Фигура 1). Освен това, когато помпената светлина се разшири до три различни дължини на вълната на непрекъснат лазер (1270/1550/1590 nm), се наблюдават три втори хармоници (2w1, 2w2, 2w3) и три сигнала със сумарни честоти (w1+w2, w1+w3, w2+w3) при всяка от шестте дължини на вълната за честотно преобразуване. Чрез замяна на помпената светлина с ултра-лъчев светодиоден (SLED) източник на светлина с честотна лента 79,3 nm се генерира широкоспектърна втора хармоника с честотна лента 28,3 nm (Фигура 2). Освен това, ако в това проучване може да се използва технология за химическо отлагане от пари, за да се замени технологията за сух трансфер, и по-малко слоеве от кристали на галиев селенид могат да се отглеждат върху повърхността на микро-нано влакна на дълги разстояния, се очаква ефективността на преобразуване на втората хармоника да се подобри допълнително.

ФИГ. 1 Система за генериране на втори хармоник и резултати в изцяло оптична структура

Фигура 2 Смесване на множество дължини на вълната и широкоспектърни втори хармоници при непрекъснато оптично напомпване