Vzbujanje drugih harmonikov v širokem spektru

Vzbujanje drugih harmonikov v širokem spektru

Od odkritja nelinearnih optičnih učinkov drugega reda v šestdesetih letih prejšnjega stoletja je to vzbudilo veliko zanimanje raziskovalcev, doslej pa so na podlagi učinkov drugega harmonika in frekvenčnih učinkov nastali učinki od ekstremnega ultravijoličnega do daljnega infrardečega pasu.laserji, je močno spodbudil razvoj laserja,optičniobdelava informacij, mikroskopsko slikanje visoke ločljivosti in druga področja. Glede na nelinearnooptikaGlede na teorijo polarizacije je nelinearni optični učinek sodega reda tesno povezan s kristalno simetrijo, nelinearni koeficient pa ni nič le v simetričnih medijih z necentralno inverzijo. Drugi harmoniki, ki so najosnovnejši nelinearni učinek drugega reda, močno ovirajo njihovo nastanek in učinkovito uporabo v kremenčevih vlaknih zaradi amorfne oblike in simetrije središčne inverzije. Trenutno lahko polarizacijske metode (optična polarizacija, toplotna polarizacija, polarizacija električnega polja) umetno uničijo simetrijo središčne inverzije materiala optičnih vlaken in učinkovito izboljšajo nelinearnost drugega reda optičnih vlaken. Vendar pa ta metoda zahteva kompleksno in zahtevno tehnologijo priprave ter lahko izpolnjuje pogoje kvazifaznega ujemanja le pri diskretnih valovnih dolžinah. Resonančni obroč optičnih vlaken, ki temelji na načinu odmevnega zidu, omejuje širokospektralno vzbujanje drugih harmonikov. Z motenjem simetrije površinske strukture vlakna se površinski drugi harmoniki v vlaknu s posebno strukturo do določene mere okrepijo, vendar so še vedno odvisni od femtosekundnega črpalnega impulza z zelo visoko vršno močjo. Zato sta generiranje nelinearnih optičnih učinkov drugega reda v strukturah iz vseh vlaken in izboljšanje učinkovitosti pretvorbe, zlasti generiranje drugih harmonikov širokega spektra pri nizkoenergijskem, neprekinjenem optičnem črpanju, osnovna problema, ki ju je treba rešiti na področju nelinearne optične optike in naprav, ter imata pomemben znanstveni pomen in široko uporabno vrednost.

Raziskovalna skupina na Kitajskem je predlagala shemo fazne integracije večplastnih kristalov galijevega selenida z mikro-nano vlakni. Z izkoriščanjem visoke nelinearnosti drugega reda in urejenosti kristalov galijevega selenida na dolge razdalje je bil dosežen širok spekter vzbujanja drugega harmonika in večfrekvenčna pretvorba, kar zagotavlja novo rešitev za izboljšanje večparametričnih procesov v vlaknih in pripravo širokopasovnega drugega harmonika.svetlobni viriUčinkovito vzbujanje drugega harmonika in učinka vsote frekvence v shemi je odvisno predvsem od naslednjih treh ključnih pogojev: dolge interakcijske razdalje svetlobe in snovi med galijevim selenidom inmikro-nano vlakna, visoka nelinearnost drugega reda in red dolgega dosega plastovitega kristala galijevega selenida ter pogoji faznega ujemanja osnovne frekvence in načina podvajanja frekvence so izpolnjeni.

V poskusu ima mikro-nano vlakno, pripravljeno s sistemom za zoženje s plamenskim skeniranjem, enakomerno območje stožca reda velikosti milimetra, kar zagotavlja dolgo nelinearno akcijsko dolžino za črpalno svetlobo in drugi harmonik. Nelinearna polarizabilnost drugega reda integriranega kristala galijevega selenida presega 170 pm/V, kar je veliko več kot intrinzična nelinearna polarizabilnost optičnega vlakna. Poleg tega dolgodosežna urejena struktura kristala galijevega selenida zagotavlja neprekinjeno fazno interferenco drugih harmonikov, kar v celoti izkorišča prednost velike nelinearne akcijske dolžine v mikro-nano vlaknu. Še pomembneje je, da se fazno ujemanje med osnovnim načinom črpanja (HE11) in visokim načinom drugega harmonika (EH11, HE31) doseže z nadzorom premera stožca in nato z regulacijo disperzije valovoda med pripravo mikro-nano vlakna.

Zgornji pogoji postavljajo temelje za učinkovito in širokopasovno vzbujanje drugih harmonikov v mikro-nano vlaknih. Poskus kaže, da je mogoče doseči izhod drugih harmonikov na nanovatni ravni s pikosekundnim impulznim laserskim črpanjem 1550 nm, druge harmonike pa je mogoče učinkovito vzbujati tudi s kontinuiranim laserskim črpanjem iste valovne dolžine, prag moči pa je le nekaj sto mikrovatov (slika 1). Nadalje, ko se črpalna svetloba razširi na tri različne valovne dolžine kontinuiranega laserja (1270/1550/1590 nm), se pri vsaki od šestih valovnih dolžin frekvenčne pretvorbe opazijo trije drugi harmoniki (2w1, 2w2, 2w3) in trije signali vsote frekvence (w1+w2, w1+w3, w2+w3). Z zamenjavo črpalne svetlobe z ultra-sevalnim svetlobnim virom SLED (Seating LED) s pasovno širino 79,3 nm se ustvari širok spekter drugega harmonika s pasovno širino 28,3 nm (slika 2). Poleg tega se pričakuje, da se bo učinkovitost pretvorbe drugega harmonika še izboljšala, če se v tej študiji namesto tehnologije suhega prenosa uporabi tehnologija kemičnega nanašanja s paro in se na površini mikro-nano vlaken na dolge razdalje vzgoji manj plasti kristalov galijevega selenida.

SLIKA 1 Sistem za generiranje drugega harmonika in rezultati v strukturi, ki je v celoti sestavljena iz vlaken

Slika 2 Mešanje več valovnih dolžin in drugi harmoniki širokega spektra pri neprekinjenem optičnem črpanju