Excitatie van tweede harmonischen in een breed spectrum

Excitatie 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 tot nu toe brede belangstelling van onderzoekers gewekt, gebaseerd op de tweede harmonische en frequentie-effecten, van het extreem ultraviolet tot de ver infraroodband vanlasers, heeft de ontwikkeling van laser enorm bevorderd,optischinformatieverwerking, microscopische beeldvorming met hoge resolutie en andere gebieden. Volgens niet-lineairoptieken polarisatietheorie, is het niet-lineaire optische effect van de even orde nauw verwant aan kristalsymmetrie, en is de niet-lineaire coëfficiënt niet alleen nul in niet-centrale inversiesymmetrische media. Als het meest fundamentele niet-lineaire effect van de tweede orde belemmeren de tweede harmonischen het genereren en effectief gebruik ervan in kwartsvezels aanzienlijk vanwege de amorfe vorm en de symmetrie van centruminversie. Momenteel kunnen polarisatiemethoden (optische polarisatie, thermische polarisatie, elektrische veldpolarisatie) de symmetrie van de materiaalcentruminversie van optische vezels kunstmatig vernietigen, en effectief de tweede orde niet-lineariteit van optische vezels 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 optische vezels, gebaseerd op de echowandmodus, beperkt de breedspectrumexcitatie van tweede harmonischen. Door de symmetrie van de oppervlaktestructuur van de vezel te verbreken, worden de tweede harmonischen aan het oppervlak in de vezel met speciale structuur tot op zekere hoogte versterkt, maar zijn ze nog steeds afhankelijk van de femtoseconde pomppuls met een zeer hoog piekvermogen. Daarom zijn het genereren van niet-lineaire optische effecten van de tweede orde in volledig vezelstructuren en de verbetering van de conversie-efficiëntie, vooral het genereren van tweede harmonischen met een breed spectrum bij continu optisch pompen met laag vermogen, de fundamentele problemen die moeten worden opgelost. op het gebied van niet-lineaire glasvezels en apparaten, en hebben een belangrijke wetenschappelijke betekenis en een brede toepassingswaarde.

Een onderzoeksteam in China heeft een gelaagd galliumselenide-kristalfase-integratieschema met micro-nanovezels voorgesteld. Door gebruik te maken van de hoge niet-lineariteit van de tweede orde en de lange-afstandsordening van galliumselenidekristallen, wordt een tweede-harmonische excitatie- en multifrequentie-conversieproces met een breed spectrum gerealiseerd, wat een nieuwe oplossing biedt voor de verbetering van multi-parametrische processen in glasvezel en de voorbereiding van de tweede harmonische breedbandlichtbronnen. De efficiënte excitatie van het tweede harmonische en somfrequentie-effect in het schema hangt voornamelijk af van de volgende drie sleutelvoorwaarden: de lange licht-materie-interactieafstand tussen galliumselenide enmicro-nanovezelEr is voldaan aan de hoge niet-lineariteit van de tweede orde en de langeafstandsorde van het gelaagde galliumselenidekristal, en aan de fase-aanpassingsvoorwaarden van de fundamentele frequentie en frequentieverdubbelingsmodus.

In het experiment heeft de micro-nanovezel, vervaardigd door het taps toelopende vlamscansysteem, een uniform kegelgebied in de orde van millimeters, wat een lange niet-lineaire actielengte oplevert voor het pomplicht en de tweede harmonische golf. De niet-lineaire polariseerbaarheid van de tweede orde van het geïntegreerde galliumselenidekristal overschrijdt 170 pm/V, wat veel hoger is dan de intrinsieke niet-lineaire polariseerbaarheid van de optische vezel. Bovendien zorgt de geordende structuur over lange afstand van het galliumselenidekristal voor de continue fase-interferentie van de tweede harmonischen, waardoor het voordeel van de grote niet-lineaire actielengte in de micro-nanovezel ten volle wordt benut. Belangrijker nog is dat de faseaanpassing tussen de optische basismodus (HE11) en de tweede harmonische modus van hoge orde (EH11, HE31) wordt gerealiseerd door de kegeldiameter te regelen en vervolgens de golfgeleiderdispersie te regelen tijdens de voorbereiding van micro-nanovezels.

Bovenstaande omstandigheden leggen de basis voor de efficiënte en breedbandige excitatie van tweede harmonischen in micro-nanovezels. Het experiment laat zien dat de output van tweede harmonischen op nanowatt-niveau kan worden bereikt onder de 1550 nm picoseconde pulslaserpomp, en dat de tweede harmonischen ook efficiënt kunnen worden geëxciteerd onder de continue laserpomp van dezelfde golflengte, en het drempelvermogen is als slechts enkele honderden microwatts (Figuur 1). Verder, wanneer het pomplicht wordt uitgebreid tot drie verschillende golflengten van continue laser (1270/1550/1590 nm), drie tweede harmonischen (2w1, 2w2, 2w3) en drie somfrequentiesignalen (w1+w2, w1+w3, w2+ w3) worden waargenomen bij elk van de zes frequentieconversiegolflengten. Door het pomplicht te vervangen door een ultra-radiant light-emitting diode (SLED) lichtbron met een bandbreedte van 79,3 nm, wordt een tweede harmonische met een breed spectrum met een bandbreedte van 28,3 nm gegenereerd (Figuur 2). Als bovendien chemische dampafzettingstechnologie kan worden gebruikt om de droge overdrachtstechnologie in dit onderzoek te vervangen, en er over lange afstanden minder lagen galliumselenidekristallen op het oppervlak van micro-nanovezels kunnen worden gegroeid, wordt de tweede harmonische conversie-efficiëntie verwacht. verder verbeterd worden.

AFB. 1 Tweede harmonische generatiesysteem en resulteert in een volledig vezelstructuur

Figuur 2 Mengen met meerdere golflengten en tweede harmonischen met een breed spectrum onder continu optisch pompen