Возбуждение второй гармоники в широком спектре
С момента открытия нелинейных оптических эффектов второго порядка в 1960-х годах это вызвало широкий интерес исследователей, и до сих пор на основе второй гармоники и частотных эффектов производилось излучение от крайнего ультрафиолетового до дальнего инфракрасного диапазона.лазеры, значительно способствовал развитию лазера,оптическийобработка информации, микроскопические изображения высокого разрешения и другие области. Согласно нелинейномуоптикаВ теории поляризации нелинейный оптический эффект четного порядка тесно связан с симметрией кристалла, а коэффициент нелинейности не равен нулю только в нецентральных инверсионно-симметричных средах. Вторые гармоники, являясь самым основным нелинейным эффектом второго порядка, сильно затрудняют их генерацию и эффективное использование в кварцевом волокне из-за аморфной формы и симметрии инверсии центров. В настоящее время методы поляризации (оптическая поляризация, тепловая поляризация, поляризация электрического поля) могут искусственно разрушать симметрию инверсии материального центра оптического волокна и эффективно улучшать нелинейность оптического волокна второго порядка. Однако этот метод требует сложной и требовательной технологии подготовки и может обеспечить условия квазисинхронизма только на дискретных длинах волн. Резонансное кольцо оптического волокна, основанное на режиме эхо-стенки, ограничивает широкоспектральное возбуждение вторых гармоник. Нарушая симметрию поверхностной структуры волокна, поверхностные вторые гармоники в волокне специальной структуры в определенной степени усиливаются, но все равно зависят от фемтосекундного импульса накачки с очень высокой пиковой мощностью. Поэтому генерация нелинейно-оптических эффектов второго порядка в цельноволоконных структурах и повышение эффективности преобразования, особенно генерация вторых гармоник широкого спектра при маломощной непрерывной оптической накачке, являются основными задачами, которые необходимо решить. в области нелинейной волоконной оптики и устройств и имеют важное научное значение и широкое прикладное значение.
Исследовательская группа в Китае предложила схему интеграции кристаллической фазы слоистого селенида галлия с микронановолокном. Используя преимущества высокой нелинейности второго порядка и дальнего упорядочения кристаллов селенида галлия, реализуется процесс возбуждения второй гармоники широкого спектра и многочастотного преобразования, что обеспечивает новое решение для улучшения многопараметрических процессов в оптоволокно и подготовка широкополосного сигнала второй гармоникиисточники света. Эффективное возбуждение второй гармоники и эффекта суммарной частоты в схеме в основном зависит от следующих трех ключевых условий: большого расстояния взаимодействия легкой материи между селенидом галлия имикро-нано волокно, выполняются высокие нелинейность второго порядка и дальний порядок слоистого кристалла селенида галлия, а также условия фазового синхронизма основной частоты и режима удвоения частоты.
В эксперименте микро-нановолокно, полученное с помощью системы пламенного сканирования, имеет однородную область конуса порядка миллиметра, что обеспечивает большую длину нелинейного действия для света накачки и волны второй гармоники. Нелинейная поляризуемость второго порядка интегрированного кристалла селенида галлия превышает 170 пм/В, что значительно превышает собственную нелинейную поляризуемость оптического волокна. Более того, дальноупорядоченная структура кристалла селенида галлия обеспечивает непрерывную фазовую интерференцию вторых гармоник, полностью раскрывая преимущества большой длины нелинейного действия в микронановолокне. Что еще более важно, фазовое согласование между основной оптической модой накачки (HE11) и второй гармонической модой высокого порядка (EH11, HE31) реализуется путем управления диаметром конуса, а затем регулирования дисперсии волновода во время подготовки микронановолокна.
Вышеуказанные условия закладывают основу для эффективного и широкополосного возбуждения вторых гармоник в микронановолокне. Эксперимент показывает, что выход вторых гармоник на уровне нановатт может быть достигнут при пикосекундной импульсной лазерной накачке с длиной волны 1550 нм, а вторые гармоники также могут эффективно возбуждаться при непрерывной лазерной накачке той же длины волны, а пороговая мощность равна составляет несколько сотен микроватт (рис. 1). Далее, когда свет накачки расширяется до трех различных длин волн непрерывного лазера (1270/1550/1590 нм), появляются три вторые гармоники (2w1, 2w2, 2w3) и три сигнала суммарной частоты (w1+w2, w1+w3, w2+ w3) наблюдаются на каждой из шести длин волн преобразования частоты. Заменив свет накачки источником света на ультраизлучающих светодиодах (SLED) с полосой пропускания 79,3 нм, генерируется вторая гармоника широкого спектра с полосой пропускания 28,3 нм (рис. 2). Кроме того, если в этом исследовании можно использовать технологию химического осаждения из паровой фазы для замены технологии сухого переноса и можно вырастить меньше слоев кристаллов селенида галлия на поверхности микронановолокна на больших расстояниях, ожидается эффективность преобразования второй гармоники. подлежит дальнейшему совершенствованию.
ИНЖИР. 1 Система генерации второй гармоники и получение полностью волоконной структуры
Рис. 2. Многоволновое смешение и вторые гармоники широкого спектра при непрерывной оптической накачке.
Время публикации: 20 мая 2024 г.