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 een grote belangstelling gewekt bij onderzoekers. Tot nu toe is dit gebaseerd op de tweede harmonische en frequentie-effecten, die van het extreme ultraviolet tot het verre infrarood zijn geproduceerd.lasers, heeft de ontwikkeling van lasers enorm bevorderd,optischinformatieverwerking, hoge-resolutie microscopische beeldvorming en andere vakgebieden. Volgens niet-lineaireoptieken polarisatietheorie is het even-orde niet-lineaire optische effect nauw verwant aan kristalsymmetrie, en de niet-lineaire coëfficiënt is niet alleen nul in niet-centrale inversiesymmetrische media. Als meest basale tweede-orde niet-lineaire effect belemmeren de tweede harmonischen hun generatie en effectief gebruik in kwartsvezels aanzienlijk vanwege de amorfe vorm en de symmetrie van de centruminversie. Momenteel kunnen polarisatiemethoden (optische polarisatie, thermische polarisatie, elektrische veldpolarisatie) de symmetrie van de materiaalcentruminversie van de optische vezel kunstmatig vernietigen en de tweede-orde niet-lineariteit van de optische vezel effectief verbeteren. Deze methode vereist echter complexe en veeleisende voorbereidingstechnologie en kan alleen voldoen aan de quasi-faseaanpassingsomstandigheden bij discrete golflengten. De resonantiering van de optische vezel, gebaseerd op de echo-wandmodus, beperkt de breedspectrum excitatie van tweede harmonischen. Door de symmetrie van de oppervlaktestructuur van de vezel te verbreken, worden de tweede harmonischen in de speciale structuurvezel 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 uit glasvezel bestaande structuren en het verbeteren van de conversie-efficiëntie, met name het genereren van tweede harmonischen met een breed spectrum in continu optisch pompen met laag vermogen, de fundamentele problemen die moeten worden opgelost op het gebied van niet-lineaire glasvezeloptica en -apparaten, en die van groot wetenschappelijk belang en brede toepassingswaarde zijn.

Een onderzoeksteam in China heeft een gelaagd galliumselenidekristalfase-integratieschema met micro-nanovezels voorgesteld. Door gebruik te maken van de hoge tweede-orde niet-lineariteit en lange-afstandsordening van galliumselenidekristallen, worden een breedspectrum tweede-harmonische excitatie en multifrequentieconversieproces gerealiseerd, wat een nieuwe oplossing biedt voor de verbetering van multiparametrische processen in glasvezel en de voorbereiding van breedband tweede-harmonischelichtbronnenDe efficiënte excitatie van het effect van de tweede harmonische en de somfrequentie in het schema hangt voornamelijk af van de volgende drie sleutelvoorwaarden: de grote licht-materie-interactieafstand tussen galliumselenide enmicro-nanovezel, de hoge tweede-orde niet-lineariteit en lange-afstandsorde van het gelaagde galliumselenidekristal en de faseaanpassingsvoorwaarden van de grondfrequentie en frequentieverdubbelingsmodus worden vervuld.

In het experiment heeft de micro-nanovezel, geprepareerd met behulp van het vlamscanning-taperingsysteem, een uniform kegelgebied in de orde van millimeters, wat zorgt voor een lange niet-lineaire actielengte 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 met groot bereik van het galliumselenidekristal voor continue fase-interferentie van de tweede harmonischen, waardoor de grote niet-lineaire actielengte in de micro-nanovezel volledig tot zijn recht komt. Belangrijker nog is dat de fase-aanpassing tussen de pompende optische basismodus (HE11) en de tweede harmonische hoge-ordemodus (EH11, HE31) wordt gerealiseerd door de kegeldiameter te regelen en vervolgens de golfgeleiderdispersie te reguleren tijdens de bereiding van de micro-nanovezel.

Bovenstaande omstandigheden 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 de 1550 nm picoseconde pulslaserpomp, en dat de tweede harmonischen ook efficiënt kunnen worden geëxciteerd met de continue laserpomp 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 de continue laser (1270/1550/1590 nm), drie tweede harmonischen (2w1, 2w2, 2w3) en drie somfrequentiesignalen (w1+w2, w1+w3, w2+w3) waargenomen op elk van de zes frequentieomzettingsgolflengten. Door het pomplicht te vervangen door een ultra-radiant light-emitting diode (SLED)-lichtbron met een bandbreedte van 79,3 nm, wordt een breedspectrum tweede harmonische gegenereerd met een bandbreedte van 28,3 nm (figuur 2). Bovendien, als chemische dampdepositietechnologie kan worden gebruikt om de droge overdrachtstechnologie in deze studie te vervangen en er minder lagen galliumselenidekristallen op het oppervlak van micro-nanovezels over lange afstanden kunnen worden gekweekt, 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 tweede harmonischen met een breed spectrum onder continu optisch pompen