Excitarea armonicelor secunde într-un spectru larg
De la descoperirea efectelor optice neliniare de ordinul doi în anii 1960, acestea au stârnit un larg interes al cercetătorilor. Până în prezent, efectele bazate pe armonica a doua și efectele de frecvență produse de la ultravioletul extrem până la banda infraroșie îndepărtată au stârnit un interes larg în rândul cercetătorilor.lasere, a promovat considerabil dezvoltarea laserului,opticprocesarea informațiilor, imagistica microscopică de înaltă rezoluție și alte domenii. Conform tehnicilor neliniareopticăȘi conform teoriei polarizării, efectul optic neliniar de ordin par este strâns legat de simetria cristalului, iar coeficientul neliniar nu este zero doar în mediile simetrice cu inversiune non-centrală. Fiind cel mai elementar efect neliniar de ordinul doi, armonicile secunde împiedică foarte mult generarea și utilizarea eficientă a acestora în fibra de cuarț din cauza formei amorfe și a simetriei inversiunii centrale. În prezent, metodele de polarizare (polarizarea optică, polarizarea termică, polarizarea câmpului electric) pot distruge artificial simetria inversiunii centrale a materialului fibrei optice și pot îmbunătăți eficient neliniaritatea de ordinul doi a fibrei optice. Cu toate acestea, această metodă necesită o tehnologie de preparare complexă și solicitantă și poate îndeplini condițiile de potrivire cvasi-fază doar la lungimi de undă discrete. Inelul rezonant al fibrei optice bazat pe modul peretelui ecou limitează excitația spectrului larg al armonicilor secunde. Prin ruperea simetriei structurii de suprafață a fibrei, armonicile secunde de suprafață din fibra cu structură specială sunt îmbunătățite într-o anumită măsură, dar depind în continuare de impulsul pompei femtosecunde cu o putere de vârf foarte mare. Prin urmare, generarea de efecte optice neliniare de ordinul doi în structurile cu fibre optice și îmbunătățirea eficienței conversiei, în special generarea de armonice secunde cu spectru larg în pompare optică continuă de putere redusă, sunt problemele de bază care trebuie rezolvate în domeniul fibrelor optice și al dispozitivelor neliniare și au o semnificație științifică importantă și o valoare de aplicare largă.
O echipă de cercetare din China a propus o schemă de integrare a fazei cristaline de selenură de galiu stratificată cu micro-nanofibră. Profitând de neliniaritatea ridicată de ordinul doi și de ordonarea pe distanțe lungi a cristalelor de selenură de galiu, se realizează un proces de excitație a armonicei secunde cu spectru larg și de conversie multi-frecvență, oferind o nouă soluție pentru îmbunătățirea proceselor multi-parametrice în fibră și prepararea armonicelor secunde în bandă largă.surse de luminăExcitația eficientă a celei de-a doua armonice și a efectului de sumă a frecvenței în schemă depinde în principal de următoarele trei condiții cheie: distanța mare de interacțiune lumină-materie dintre seleniura de galiu șimicro-nano fibră, neliniaritatea ridicată de ordinul doi și ordinul pe distanțe lungi ale cristalului stratificat de selenură de galiu, precum și condițiile de potrivire a fazei ale frecvenței fundamentale și modului de dublare a frecvenței sunt îndeplinite.
În cadrul experimentului, fibra micro-nano preparată prin sistemul de conicitate cu scanare cu flacără are o regiune conică uniformă de ordinul milimetrului, ceea ce asigură o lungime de acțiune neliniară mare pentru lumina de pompare și unda armonică secundară. Polarizabilitatea neliniară de ordinul doi a cristalului de selenură de galiu integrat depășește 170 pm/V, ceea ce este mult mai mare decât polarizabilitatea neliniară intrinsecă a fibrei optice. Mai mult, structura ordonată pe distanțe lungi a cristalului de selenură de galiu asigură interferența continuă de fază a armonicelor secunde, valorificând pe deplin avantajul lungimii mari de acțiune neliniară din fibra micro-nano. Mai important, potrivirea de fază dintre modul optic de bază de pompare (HE11) și modul de ordin superior al armonicei secunde (EH11, HE31) este realizată prin controlul diametrului conului și apoi reglarea dispersiei ghidului de undă în timpul preparării fibrei micro-nano.
Condițiile de mai sus pun bazele excitației eficiente și de bandă largă a armonicelor secunde în micro-nanofibre. Experimentul arată că ieșirea armonicelor secunde la nivel de nanowați poate fi obținută sub pompa laser cu impulsuri de picosecunde de 1550 nm, iar armonicele secunde pot fi excitate eficient și sub pompa laser continuă de aceeași lungime de undă, iar puterea prag este de doar câteva sute de microwați (Figura 1). În plus, atunci când lumina pompei este extinsă la trei lungimi de undă diferite ale laserului continuu (1270/1550/1590 nm), se observă trei armonice secunde (2w1, 2w2, 2w3) și trei semnale de frecvență sumare (w1+w2, w1+w3, w2+w3) la fiecare dintre cele șase lungimi de undă de conversie a frecvenței. Prin înlocuirea luminii pompei cu o sursă de lumină ultra-radiantă cu diode emițătoare de lumină (SLED) cu o lățime de bandă de 79,3 nm, se generează o a doua armonică cu spectru larg, cu o lățime de bandă de 28,3 nm (Figura 2). În plus, dacă tehnologia depunerii chimice în fază de vapori poate fi utilizată pentru a înlocui tehnologia de transfer uscat în acest studiu și dacă mai puține straturi de cristale de selenură de galiu pot fi cultivate pe suprafața micro-nanofibrei pe distanțe lungi, se așteaptă ca eficiența conversiei celei de-a doua armonice să fie îmbunătățită în continuare.
FIG. 1 Sistem de generare a armonicei secunde și rezultate în structura integrală a fibrelor
Figura 2 Amestecarea pe lungimi de undă multiple și armonice secunde cu spectru larg sub pompare optică continuă
Data publicării: 20 mai 2024