Возбуждение вторых гармоник в широком спектре
С момента открытия нелинейных оптических эффектов второго порядка в 1960-х годах, эти эффекты вызвали широкий интерес исследователей. До настоящего времени, основываясь на эффектах второй гармоники и частоты, они были получены в диапазоне от крайнего ультрафиолета до дальнего инфракрасного излучения.лазерызначительно способствовало развитию лазерных технологий.оптическийОбработка информации, микроскопическая визуализация высокого разрешения и другие области. В соответствии с нелинейным подходом.оптикаСогласно теории поляризации, нелинейный оптический эффект четного порядка тесно связан с кристаллической симметрией, и нелинейный коэффициент не равен нулю только в средах с нецентральной инверсионной симметрией. Как наиболее фундаментальный нелинейный эффект второго порядка, вторая гармоника значительно затрудняет ее генерацию и эффективное использование в кварцевом волокне из-за аморфной формы и симметрии центральной инверсии. В настоящее время методы поляризации (оптическая поляризация, тепловая поляризация, поляризация электрическим полем) позволяют искусственно разрушить симметрию центральной инверсии материала оптического волокна и эффективно улучшить нелинейность второго порядка оптического волокна. Однако этот метод требует сложной и трудоемкой технологии изготовления и может удовлетворять только условиям квазифазового согласования на дискретных длинах волн. Резонансное кольцо оптического волокна, основанное на эхо-стенке, ограничивает широкоспектральное возбуждение второй гармоники. Нарушение симметрии поверхностной структуры волокна позволяет в определенной степени усилить поверхностную вторую гармонику в волокне со специальной структурой, но она все еще зависит от фемтосекундного импульса накачки с очень высокой пиковой мощностью. Таким образом, генерация нелинейных оптических эффектов второго порядка в полностью волоконно-оптических структурах и повышение эффективности преобразования, особенно генерация широкоспектральных вторых гармоник при маломощной непрерывной оптической накачке, являются основными проблемами, которые необходимо решить в области нелинейной волоконной оптики и устройств, и имеют важное научное значение и широкое практическое применение.
Исследовательская группа в Китае предложила схему фазовой интеграции слоистых кристаллов селенида галлия с использованием микро- и нановолокон. Благодаря высокой нелинейности второго порядка и дальнему порядку кристаллов селенида галлия, реализовано широкоспектральное возбуждение второй гармоники и многочастотный процесс преобразования, что обеспечивает новое решение для усиления многопараметрических процессов в волокне и получения широкополосной второй гармоники.источники светаЭффективное возбуждение второй гармоники и эффекта суммарной частоты в данной схеме в основном зависит от следующих трех ключевых условий: большого расстояния взаимодействия света с веществом между селенидом галлия имикро- и нановолокнаудовлетворяют условиям высокой нелинейности второго порядка и дальнего порядка слоистого кристалла селенида галлия, а также условиям фазового согласования основной частоты и моды удвоения частоты.
В эксперименте микро- и нановолокно, полученное с помощью системы конического сужения методом пламенного сканирования, имеет однородную конусообразную область порядка миллиметра, что обеспечивает большую длину нелинейного действия для накачивающего света и волны второй гармоники. Нелинейная поляризуемость второго порядка интегрированного кристалла селенида галлия превышает 170 пм/В, что значительно выше, чем собственная нелинейная поляризуемость оптического волокна. Более того, дальний порядок структуры кристалла селенида галлия обеспечивает непрерывную фазовую интерференцию второй гармоники, в полной мере используя преимущество большой длины нелинейного действия в микро- и нановолокне. Что еще более важно, фазовое согласование между основной модой накачки (HE11) и модой второго порядка (EH11, HE31) достигается путем контроля диаметра конуса и последующего регулирования дисперсии волновода в процессе изготовления микро- и нановолокна.
Вышеуказанные условия закладывают основу для эффективного и широкополосного возбуждения вторых гармоник в микро- и нановолоконном материале. Эксперимент показывает, что выход вторых гармоник на уровне нановатт может быть достигнут при накачке пикосекундным импульсным лазером с длиной волны 1550 нм, а также эффективно возбуждаться при непрерывной лазерной накачке той же длины волны, при этом пороговая мощность составляет всего несколько сотен микроватт (рис. 1). Кроме того, при расширении диапазона накачки до трех различных длин волн непрерывного лазера (1270/1550/1590 нм) на каждой из шести длин волн преобразования частоты наблюдаются три вторые гармоники (2w1, 2w2, 2w3) и три сигнала суммарной частоты (w1+w2, w1+w3, w2+w3). Заменив накачку на источник света на основе сверхъяркого светодиода (SLED) с полосой пропускания 79,3 нм, генерируется широкоспектральная вторая гармоника с полосой пропускания 28,3 нм (рис. 2). Кроме того, если технология химического осаждения из паровой фазы заменит технологию сухого переноса, используемую в данном исследовании, и если на поверхности микро- и нановолокон можно будет вырастить меньшее количество слоев кристаллов селенида галлия на больших расстояниях, ожидается дальнейшее повышение эффективности преобразования второй гармоники.
Рис. 1. Система генерации второй гармоники и результаты в виде полностью волоконной структуры.
Рисунок 2. Многоволновое смешение и широкоспектральные вторые гармоники при непрерывной оптической накачке.
Дата публикации: 20 мая 2024 г.