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.sinar laser, sangat mendorong perkembangan laser,optikpemrosesan informasi, pencitraan mikroskopis resolusi tinggi dan bidang lainnya. Menurut nonlinieroptikdan teori polarisasi, efek optik nonlinier orde genap terkait erat dengan simetri kristal, dan koefisien nonlinier tidak nol hanya pada media simetri inversi non-pusat. Sebagai efek nonlinier orde kedua yang paling dasar, 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 menghancurkan simetri inversi pusat material serat optik, dan secara efektif meningkatkan nonlinieritas orde kedua serat optik. Namun, metode ini memerlukan teknologi persiapan 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, terutama pembangkitan harmonik kedua spektrum lebar dalam pemompaan optik kontinu berdaya rendah, merupakan masalah dasar yang perlu dipecahkan di bidang serat optik nonlinier dan perangkatnya, serta memiliki signifikansi ilmiah penting dan nilai penerapan luas.

Sebuah tim peneliti di Tiongkok telah mengusulkan skema integrasi fase kristal gallium selenide berlapis dengan serat mikro-nano. Dengan memanfaatkan nonlinieritas orde kedua yang tinggi dan pengurutan jarak jauh kristal gallium selenide, eksitasi harmonik kedua spektrum lebar dan proses konversi multi-frekuensi terwujud, memberikan solusi baru untuk peningkatan proses multi-parametrik dalam serat dan persiapan harmonik kedua pita lebarsumber cahayaEksitasi efisien dari efek harmonik kedua dan frekuensi total dalam skema terutama bergantung pada tiga kondisi utama 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, serta kondisi pencocokan fase dari frekuensi dasar dan mode penggandaan frekuensi terpenuhi.

Dalam percobaan, serat mikro-nano yang disiapkan oleh sistem penyambungan pemindaian nyala api memiliki daerah kerucut seragam dalam orde milimeter, yang menyediakan 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 polarisasi nonlinier intrinsik dari serat optik. Selain itu, struktur terurut jarak jauh dari kristal galium selenida memastikan interferensi fase kontinu dari harmonik kedua, memberikan keuntungan penuh dari panjang aksi nonlinier yang besar dalam serat mikro-nano. Yang lebih penting, 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. Percobaan menunjukkan bahwa keluaran harmonik kedua pada level nanowatt dapat dicapai di bawah pompa laser pulsa picosecond 1550 nm, dan harmonik kedua juga dapat dieksitasi secara efisien di bawah pompa laser kontinu dengan panjang gelombang yang sama, dan daya ambangnya serendah beberapa ratus mikrowatt (Gambar 1). Lebih jauh, 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) diamati 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, harmonik kedua berspektrum lebar dengan lebar pita 28,3 nm dihasilkan (Gambar 2). Selain itu, jika teknologi deposisi uap kimia dapat digunakan untuk menggantikan teknologi transfer kering dalam penelitian ini, dan lebih sedikit lapisan kristal galium selenida dapat tumbuh di 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