Eksitasi harmonik kedua dalam spektrum yang luas

Eksitasi harmonik kedua dalam spektrum yang luas

Sejak penemuan 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 ekstrem ke pita inframerah jauh jauh darilaser, sangat mempromosikan pengembangan laser,optikPemrosesan informasi, pencitraan mikroskopis resolusi tinggi dan bidang lainnya. Menurut nonlinieroptikdan teori polarisasi, efek optik nonlinear orde genap terkait erat dengan simetri kristal, dan koefisien nonlinier tidak hanya nol dalam media simetris inversi non-sentral. Sebagai efek nonlinier orde kedua yang paling dasar, harmonik kedua sangat menghambat generasi dan penggunaan efektif dalam serat kuarsa karena bentuk amorf dan simetri inversi tengah. 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 nonlinier serat optik orde kedua. Namun, metode ini membutuhkan teknologi persiapan yang kompleks dan menuntut, dan hanya dapat memenuhi kondisi pencocokan kuasi-fase pada panjang gelombang diskrit. Cincin resonansi serat optik berdasarkan pada mode dinding gema membatasi eksitasi spektrum lebar harmonik kedua. Dengan memecahkan simetri struktur permukaan serat, harmonik permukaan kedua dalam serat struktur khusus ditingkatkan sampai batas tertentu, tetapi masih bergantung pada pulsa pompa femtosecond dengan daya puncak yang sangat tinggi. Oleh karena itu, generasi efek optik nonlinier orde kedua dalam struktur semua serat dan peningkatan efisiensi konversi, terutama generasi harmonik kedua spektrum luas dalam pompa optik berdaya rendah dan kontinu, adalah masalah dasar yang perlu diselesaikan dalam bidang optik dan perangkat serat nonlinear, dan memiliki signifikansi ilmiah yang penting dan nilai aplikasi yang luas.

Sebuah tim peneliti di Cina telah mengusulkan skema integrasi fase kristal gallium selenide dengan serat mikro-nano. By taking advantage of the high second-order nonlinearity and long-range ordering of gallium selenide crystals, a wide-spectrum second-harmonic excitation and multi-frequency conversion process are realized, providing a new solution for the enhancement of multi-parametric processes in fiber and the preparation of broadband second-harmonicSumber Cahaya. Eksitasi yang efisien dari efek harmonik dan jumlah frekuensi kedua dalam skema terutama tergantung pada tiga kondisi utama berikut: jarak interaksi materi cahaya panjang antara gallium selenide danSerat mikro-nano, nonlinier orde kedua dan urutan jangka panjang dari kristal gallium selenide berlapis, dan kondisi pencocokan fase dari frekuensi fundamental dan mode penggandaan frekuensi terpenuhi.

Dalam percobaan, serat mikro-nano yang disiapkan oleh sistem tapering pemindaian api memiliki daerah kerucut yang seragam dalam urutan milimeter, yang memberikan panjang aksi nonlinier yang panjang untuk cahaya pompa dan gelombang harmonik kedua. Polarizabilitas nonlinier orde kedua dari kristal gallium selenide terintegrasi melebihi 170 pm/v, yang jauh lebih tinggi daripada polarisasi nonlinier intrinsik dari serat optik. Selain itu, struktur jarak jauh dari kristal gallium selenide memastikan gangguan fase kontinu dari harmonik kedua, memberikan permainan penuh untuk keuntungan dari panjang aksi nonlinier besar dalam serat mikro-nano. Lebih penting lagi, pencocokan fase antara mode dasar optik pompa (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 meletakkan dasar untuk eksitasi harmonik kedua yang efisien dan lebar dalam serat mikro-nano. Eksperimen menunjukkan bahwa output harmonik kedua pada tingkat nanowatt dapat dicapai di bawah pompa laser pulsa picosecond 1550 nm, dan harmonik kedua juga dapat bersemangat secara efisien di bawah pompa laser kontinu dengan panjang gelombang yang sama, dan daya ambang batas serendah beberapa ratus microwatt (Gambar 1). Lebih lanjut, ketika lampu pompa diperpanjang ke tiga panjang gelombang laser kontinu yang berbeda (1270/1550/1590 nm), tiga harmonik kedua (2W1, 2W2, 2W3) dan tiga sinyal frekuensi (W1+W2, W1+W3, W2+W3) diamati pada setiap konversi keanaman panjang keanaman. Dengan mengganti lampu pompa dengan sumber cahaya dioda pemancar cahaya ultra-radiant (kereta luncur) dengan bandwidth 79,3 nm, harmonik kedua spektrum lebar dengan bandwidth 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 gallium selenide dapat ditumbuhkan pada permukaan serat mikro-nano pada jarak jauh, efisiensi konversi harmonik kedua diperkirakan akan ditingkatkan lebih lanjut.

ARA. Sistem generasi harmonik 1 detik dan menghasilkan struktur semua serat

Gambar 2 Pencampuran multi-gelombang dan harmonik kedua spektrum lebar di bawah pompa optik kontinu