Opwekking van tweede harmonischen in een breed spectrum
Sinds de ontdekking van niet-lineaire optische effecten van de tweede orde in de jaren zestig, heeft dit brede belangstelling gewekt bij onderzoekers. Tot nu toe zijn er, gebaseerd op de tweede harmonische en frequentie-effecten, optische signalen geproduceerd van het extreme ultraviolet tot het verre infraroodgebied.lasersheeft de ontwikkeling van lasers sterk bevorderd.optischeinformatieverwerking, microscopische beeldvorming met hoge resolutie en andere gebieden. Volgens niet-lineaireoptiekVolgens de polarisatietheorie is het niet-lineaire optische effect van even orde nauw verbonden met de kristalsymmetrie, en is de niet-lineaire coëfficiënt alleen niet nul in media zonder centrale inversiesymmetrie. Als het meest fundamentele niet-lineaire effect van de tweede orde, de tweede harmonischen, wordt de generatie en het effectieve gebruik ervan in kwartsvezels sterk belemmerd door de amorfe vorm en de symmetrie van de centrale inversie. Momenteel kunnen polarisatiemethoden (optische polarisatie, thermische polarisatie, elektrische veldpolarisatie) de symmetrie van de centrale inversie van optische vezels kunstmatig verstoren en de niet-lineariteit van de tweede orde van optische vezels effectief verbeteren. Deze methode vereist echter een complexe en veeleisende voorbereidingstechnologie en kan alleen voldoen aan de quasi-fase-aanpassingsvoorwaarden bij discrete golflengten. De resonantiering van de optische vezel, gebaseerd op de echo-wandmodus, beperkt de excitatie van tweede harmonischen over een breed spectrum. Door de symmetrie van de oppervlaktestructuur van de vezel te doorbreken, worden de tweede harmonischen aan het oppervlak in de vezel met speciale structuur tot op zekere hoogte versterkt, maar dit is nog steeds afhankelijk van een femtoseconde pomppuls met een zeer hoog piekvermogen. Daarom zijn het genereren van niet-lineaire optische effecten van de tweede orde in volledig vezelstructuren en het verbeteren van de conversie-efficiëntie, met name het genereren van breedbandige tweede harmonischen bij continue optische pomping met laag vermogen, fundamentele problemen die moeten worden opgelost op het gebied van niet-lineaire vezeloptica en -apparaten. Deze problemen hebben een belangrijke wetenschappelijke betekenis en een brede toepassingswaarde.
Een onderzoeksteam in China heeft een gelaagd fase-integratieschema voor galliumselenidekristallen met micro-nanovezels voorgesteld. Door gebruik te maken van de hoge tweede-orde niet-lineariteit en de lange-afstandsordening van galliumselenidekristallen, wordt een breed spectrum aan tweede-harmonische excitatie en een multifrequentieconversieproces gerealiseerd. Dit biedt een nieuwe oplossing voor de verbetering van multiparametrische processen in vezels en de voorbereiding van breedbandige tweede-harmonische signalen.lichtbronnenDe efficiënte excitatie van de tweede harmonische en het somfrequentie-effect in het schema hangt hoofdzakelijk af van de volgende drie belangrijke voorwaarden: de grote licht-materie-interactieafstand tussen galliumselenide enmicro-nanovezelDe hoge tweede-orde niet-lineariteit en lange-afstandsorde van het gelaagde galliumselenidekristal, en de faseaanpassingsvoorwaarden van de grondfrequentie en de frequentieverdubbelingsmodus zijn voldaan.
In het experiment heeft de micro-nanovezel, vervaardigd met behulp van een vlamscan-afvlakkingssysteem, een uniform kegelvormig gebied in de orde van millimeters. Dit zorgt voor een lange niet-lineaire werkingslengte voor het pomplicht en de tweede harmonische golf. De tweede-orde niet-lineaire polariseerbaarheid van het geïntegreerde galliumselenidekristal is groter dan 170 pm/V, wat veel hoger is dan de intrinsieke niet-lineaire polariseerbaarheid van de optische vezel. Bovendien zorgt de lange-afstandsgeordende structuur van het galliumselenidekristal voor continue fase-interferentie van de tweede harmonischen, waardoor het voordeel van de grote niet-lineaire werkingslengte in de micro-nanovezel volledig benut wordt. Belangrijker nog is dat de faseaanpassing tussen de pompende optische basismodus (HE11) en de tweede harmonische hogere-orde modus (EH11, HE31) wordt gerealiseerd door de kegeldiameter te controleren en vervolgens de golfgeleiderdispersie te reguleren tijdens de bereiding van de micro-nanovezel.
De bovenstaande voorwaarden vormen de basis voor de efficiënte en breedbandige excitatie van tweede harmonischen in micro-nanovezels. Het experiment toont aan dat de output van tweede harmonischen op nanowattniveau kan worden bereikt met een picoseconde pulslaser van 1550 nm, en dat de tweede harmonischen ook efficiënt kunnen worden geëxciteerd met een continue laser van dezelfde golflengte, waarbij het drempelvermogen slechts enkele honderden microwatts bedraagt (Figuur 1). Bovendien worden, wanneer het pomplicht wordt uitgebreid naar drie verschillende golflengten van een continue laser (1270/1550/1590 nm), drie tweede harmonischen (2w1, 2w2, 2w3) en drie somfrequentiesignalen (w1+w2, w1+w3, w2+w3) waargenomen bij elk van de zes frequentieconversiegolflengten. Door het pomplicht te vervangen door een ultra-stralende lichtemitterende diode (SLED) lichtbron met een bandbreedte van 79,3 nm, wordt een breedspectrum tweede harmonische met een bandbreedte van 28,3 nm gegenereerd (Figuur 2). Bovendien, als chemische dampafzettingstechnologie de in dit onderzoek gebruikte droge overdrachtstechnologie kan vervangen en er minder lagen galliumselenidekristallen op het oppervlak van micro-nanovezels over lange afstanden kunnen worden gegroeid, wordt verwacht dat de conversie-efficiëntie van de tweede harmonische verder zal verbeteren.
FIG. 1 Tweede harmonische generatiesysteem en resultaten in een volledig vezelstructuur
Figuur 2. Menging van meerdere golflengten en breedbandige tweede harmonischen onder continue optische pomping.
Geplaatst op: 20 mei 2024