Vzbujanje druge harmonike v širokem spektru

Vzbujanje druge harmonike v širokem spektru

Ker je odkritje nelinearnih optičnih učinkov drugega reda v šestdesetih letih prejšnjega stoletja vzbudilo široko zanimanje raziskovalcev, ki temeljijo na drugih harmoničnih in frekvenčnih učinkihlaserji, močno spodbujala razvoj laserja,optičnoObdelava informacij, mikroskopsko slikanje z visoko ločljivostjo in druga polja. Po nelinearnemoptikain polarizacijska teorija, nelinearni optični učinek enakomernega reda je tesno povezan s kristalno simetrijo, nelinearni koeficient pa ni nič le v necentralnih inverzijskih simetričnih medijih. Kot najosnovnejši nelinearni učinek drugega reda drugi harmoniki močno ovirajo njihovo generacijo in učinkovito uporabo v kremenčevih vlaknih zaradi amorfne oblike in simetrije sredinske inverzije. Trenutno lahko polarizacijske metode (optična polarizacija, toplotna polarizacija, polarizacija električne polja) umetno uniči simetrijo inverzije materialnega središča optičnih vlaken in učinkovito izboljša nelinearnost optičnih vlaken drugega reda. Vendar pa ta metoda zahteva zapleteno in zahtevno tehnologijo priprave in lahko izpolnjuje le kvazifazne pogoje ujemanja pri diskretnih valovnih dolžinah. Resonančni obroč optičnih vlaken, ki temelji na načinu odmevne stene, omejuje vzbujanje širokega spektra druge harmonike. Z razbijanjem simetrije površinske strukture vlaken se do določene mere izboljšajo površinske druge harmonike v posebni strukturni vlakni, vendar so še vedno odvisne od impulza femtosekundne črpalke z zelo visoko največjo močjo. Zato so generiranje nelinearnih optičnih učinkov drugega reda v strukturah vseh vlaken in izboljšanje učinkovitosti pretvorbe, zlasti generiranja drugega harmonike širokega spektra pri neprekinjeni optični črpanju z nizko močjo, osnovne težave, ki jih je treba rešiti na področju nelinearne optike in naprav vlaken ter imajo pomembni znanstveni pomen in široko vrednost uporabe.

Raziskovalna skupina na Kitajskem je predlagala večplastno shemo integracije kristalne faze selenida z mikro-nano vlakni. Z izkoriščanjem nelinearnosti visokega drugega reda in naročanja kristalov galijevega selenida se uresničimo postopek širokega spektra drugega harmoničnega vzbujanja in večfrekvenčnih pretvorbesvetlobni viri. Učinkovito vzbujanje drugega harmoničnega in vsosnega frekvenčnega učinka v shemi je v glavnem odvisno od naslednjih treh ključnih pogojev: dolga razdalja interakcije med selenidom Gallium inMikro-nano vlakna, zadovoljni so visoki nelinearnost drugega reda in vrstni red večplastnega galijevega selenida ter pogoji ujemanja faznega ujemanja temeljnega frekvenčnega in frekvenčnega podvojitvenega načina.

V poskusu ima mikro-nano vlakna, ki jo pripravi plamen skenirajoči sistem zoženja, enakomerno stožec v vrstnem redu milimetra, kar zagotavlja dolgo nelinearno dolžino delovanja za luč črpalke in drugi harmonični val. Nelinearna polarizabilnost integriranega kristala selenida drugega reda presega 170 pm/V, kar je veliko večje od lastne nelinearne polarizabilnosti optičnega vlakna. Poleg tega dolgoročna urejena struktura kristala Gallium Selenide zagotavlja neprekinjeno fazno motnje druge harmonike, kar daje popolno igro v prednost velike nelinearne dolžine delovanja v mikro-nano vlaknih. Še pomembneje je, da se fazno ujemanje med črpalnim optičnim osnovnim načinom (HE11) in drugim harmoničnim načinom visokega reda (EH11, HE31) realizira z nadzorom premera stožca in nato uravnava disperzijo valovnega vogala med pripravo mikro-nano vlaknin.

Zgornji pogoji so temelj za učinkovito in široko pasovno vzbujanje drugih harmonikov v mikro-nano vlaknih. V poskusu je razvidno, da je mogoče izhod druge harmonike na ravni Nanowatt doseči pod 1550 nm pikosekundno pulzno lasersko črpalko, drugo harmonijo pa lahko učinkovito vzbudimo tudi pod neprekinjeno lasersko črpalko iste valovne dolžine, prag pa je tako nizka kot nekaj sto mikrovalov (slika 1). Nadalje, ko se luč črpalke razširi na tri različne valovne dolžine neprekinjenega laserja (1270/1550/1590 nm), tri sekunde harmonike (2W1, 2W2, 2W3) in tri signale frekvence vsote (W1+W2, W1+W3, W2+W3). Z zamenjavo svetlobe črpalke z ultra radijskim svetlobnim diodnim virom (sani) s pasovno širino 79,3 nm je ustvarjena druga harmonika širokega spektra s pasovno širino 28,3 nm (slika 2). Poleg tega, če se lahko za zamenjavo tehnologije suhega prenosa v tej študiji uporabi tehnologija kemičnega nalaganja hlapov, na površini mikro-nano vlaken na dolgih razdaljah pa se pričakuje, da se bo druga učinkovitost harmonične pretvorbe še izboljšala na površini mikro-nano vlaken.

Fig. 1 drugi sistem za ustvarjanje harmonike in ima za posledico strukturo vseh vlaken

Slika 2 Mešanje z več valovnimi dolžinami in druge harmonike širokega spektra pod neprekinjeno optično črpanje