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 luas para peneliti, hingga saat ini, berdasarkan harmonik kedua dan efek frekuensi, telah menghasilkan spektrum dari pita ultraviolet ekstrem hingga inframerah jauh.laser, sangat mendorong perkembangan laser,optikpemrosesan informasi, pencitraan mikroskopis resolusi tinggi, dan bidang lainnya. Menurut nonlinieroptikDalam teori polarisasi, efek optik nonlinier orde genap sangat berkaitan dengan simetri kristal, dan koefisien nonlinier tidak nol hanya pada media non-simetris inversi pusat. Sebagai efek nonlinier orde kedua yang paling mendasar, harmonik kedua sangat menghambat pembangkitan dan penggunaan efektifnya dalam serat kuarsa karena bentuk 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 nonlinier orde kedua serat optik. 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 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 femtosekon dengan daya puncak yang sangat tinggi. Oleh karena itu, pembangkitan efek optik nonlinier orde kedua dalam struktur serat optik sepenuhnya dan peningkatan efisiensi konversi, terutama pembangkitan harmonik kedua spektrum lebar dalam pemompaan optik kontinu berdaya rendah, merupakan masalah mendasar yang perlu dipecahkan di bidang optik serat nonlinier dan perangkatnya, serta memiliki signifikansi ilmiah yang penting dan nilai aplikasi 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 keteraturan jarak jauh dari kristal galium selenida, eksitasi harmonik kedua spektrum luas dan proses konversi multi-frekuensi direalisasikan, memberikan solusi baru untuk peningkatan proses multi-parametrik dalam serat dan persiapan harmonik kedua pita lebar.sumber cahaya. Eksitasi efisien harmonik kedua dan efek frekuensi penjumlahan dalam skema ini 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 keteraturan jarak jauh dari kristal galium selenida berlapis, serta kondisi pencocokan fase frekuensi fundamental dan mode penggandaan frekuensi terpenuhi.

Dalam percobaan ini, serat mikro-nano yang dibuat dengan sistem tirus pemindaian api 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. Selain itu, struktur teratur jarak jauh dari kristal galium selenida memastikan interferensi fase kontinu dari harmonik kedua, sehingga memanfaatkan sepenuhnya keunggulan 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) direalisasikan dengan mengontrol diameter kerucut dan kemudian mengatur dispersi pandu gelombang selama pembuatan serat mikro-nano.

Kondisi di atas meletakkan dasar untuk eksitasi harmonik kedua yang efisien dan pita lebar dalam serat mikro-nano. Percobaan menunjukkan bahwa keluaran harmonik kedua pada tingkat 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 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 penjumlahan (w1+w2, w1+w3, w2+w3) diamati pada masing-masing dari enam panjang gelombang konversi frekuensi. Dengan mengganti cahaya pompa dengan sumber cahaya dioda pemancar cahaya ultra-radiant (SLED) dengan lebar pita 79,3 nm, harmonik kedua spektrum 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 lapisan kristal galium selenida yang lebih sedikit dapat ditumbuhkan pada permukaan serat mikro-nano dalam jarak jauh, efisiensi konversi harmonik kedua diharapkan dapat ditingkatkan lebih lanjut.

GAMBAR 1 Sistem pembangkitan harmonik kedua dan hasilnya pada struktur serat optik sepenuhnya

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