Eksitasi harmonik kedua dalam spektrum yang luas

Eksitasi harmonik kedua dalam spektrum yang luas

Sejak ditemukannya efek optik nonlinier orde kedua pada tahun 1960-an, telah membangkitkan minat yang luas dari para peneliti, sejauh ini, berdasarkan harmonik kedua, dan efek frekuensi, telah dihasilkan dari ultraviolet ekstrim ke pita inframerah jauh.laser, sangat mendorong perkembangan laser,optikpemrosesan informasi, pencitraan mikroskopis resolusi tinggi, dan bidang lainnya. Menurut teori nonlinier,optikdan teori polarisasi, efek optik nonlinier orde genap berkaitan erat dengan simetri kristal, dan koefisien nonlinier tidak hanya nol pada media simetris inversi non-pusat. Sebagai efek nonlinier orde kedua yang paling mendasar, harmonik kedua sangat menghambat pembangkitan dan penggunaan efektifnya dalam serat kuarsa karena bentuknya yang amorf dan simetri inversi pusat. Saat ini, metode polarisasi (polarisasi optik, polarisasi termal, polarisasi medan listrik) dapat secara artifisial merusak simetri inversi pusat material serat optik, dan secara efektif meningkatkan nonlinier orde kedua serat optik. Namun, metode ini membutuhkan teknologi preparasi yang kompleks dan menuntut, dan hanya dapat memenuhi kondisi pencocokan kuasi-fase pada panjang gelombang diskrit. Cincin resonansi serat optik berdasarkan mode dinding gema membatasi eksitasi spektrum lebar harmonik kedua. Dengan memecah simetri struktur permukaan serat, harmonik kedua permukaan dalam serat struktur khusus ditingkatkan sampai batas tertentu, tetapi masih bergantung pada pulsa pompa femtodetik dengan daya puncak yang sangat tinggi. Oleh karena itu, pembangkitan efek optik nonlinier orde kedua dalam semua struktur serat dan peningkatan efisiensi konversi, khususnya pembangkitan harmonik kedua spektrum lebar dalam pemompaan optik kontinu berdaya rendah, merupakan masalah dasar yang perlu dipecahkan dalam bidang serat optik nonlinier dan perangkatnya, serta mempunyai signifikansi ilmiah penting dan nilai penerapan yang luas.

Sebuah tim peneliti di Tiongkok telah mengusulkan skema integrasi fase kristal galium selenida berlapis dengan serat mikro-nano. Dengan memanfaatkan nonlinieritas orde kedua yang tinggi dan pengurutan jarak jauh kristal galium selenida, eksitasi harmonik kedua berspektrum luas dan proses konversi multi-frekuensi dapat diwujudkan, memberikan solusi baru untuk peningkatan proses multi-parametrik dalam serat dan persiapan harmonik kedua broadband.sumber cahayaEksitasi efisien dari efek harmonik kedua dan frekuensi jumlah dalam skema terutama bergantung pada tiga kondisi kunci berikut: jarak interaksi cahaya-materi yang panjang antara galium selenida danserat mikro-nano, nonlinieritas orde kedua yang tinggi dan orde jarak jauh dari kristal galium selenida berlapis, dan kondisi pencocokan fase dari frekuensi dasar dan mode penggandaan frekuensi terpenuhi.

Dalam percobaan ini, serat mikro-nano yang disiapkan oleh sistem flame scanning tapering memiliki daerah kerucut seragam dalam orde milimeter, yang memberikan panjang aksi nonlinier yang panjang untuk cahaya pompa dan gelombang harmonik kedua. Polarisabilitas nonlinier orde kedua dari kristal galium selenida terintegrasi melebihi 170 pm/V, yang jauh lebih tinggi daripada polarisabilitas nonlinier intrinsik serat optik. Lebih lanjut, struktur kristal galium selenida yang tertata dalam jarak jauh memastikan interferensi fase kontinu dari harmonik kedua, memberikan keuntungan penuh dari panjang aksi nonlinier yang besar dalam serat mikro-nano. Lebih penting lagi, pencocokan fase antara mode dasar optik pemompaan (HE11) dan mode orde tinggi harmonik kedua (EH11, HE31) diwujudkan dengan mengendalikan diameter kerucut dan kemudian mengatur dispersi pandu gelombang selama persiapan serat mikro-nano.

Kondisi di atas menjadi dasar bagi eksitasi harmonik kedua yang efisien dan berpita lebar pada serat mikro-nano. Eksperimen menunjukkan bahwa keluaran harmonik kedua pada tingkat nanowatt dapat dicapai dengan pompa laser pulsa pikodetik 1550 nm, dan harmonik kedua juga dapat dieksitasi secara efisien dengan pompa laser kontinu pada panjang gelombang yang sama, dengan daya ambang serendah beberapa ratus mikrowatt (Gambar 1). Lebih lanjut, ketika cahaya pompa diperluas ke tiga panjang gelombang laser kontinu yang berbeda (1270/1550/1590 nm), tiga harmonik kedua (2w1, 2w2, 2w3) dan tiga sinyal frekuensi total (w1+w2, w1+w3, w2+w3) teramati pada masing-masing dari enam panjang gelombang konversi frekuensi. Dengan mengganti lampu pompa dengan sumber cahaya dioda pemancar cahaya ultra-radiasi (SLED) dengan lebar pita 79,3 nm, dihasilkan harmonik kedua berspektrum lebar dengan lebar pita 28,3 nm (Gambar 2). Selain itu, jika teknologi deposisi uap kimia dapat digunakan untuk menggantikan teknologi transfer kering dalam studi ini, dan lebih sedikit lapisan kristal galium selenida dapat ditumbuhkan pada permukaan serat mikro-nano dalam jarak jauh, efisiensi konversi harmonik kedua diharapkan dapat lebih ditingkatkan.

GAMBAR 1 Sistem pembangkit harmonik kedua dan hasilnya dalam struktur semua serat

Gambar 2 Pencampuran multi-panjang gelombang dan harmonik kedua spektrum lebar di bawah pemompaan optik berkelanjutan