Budenie druhých harmonických v širokom spektre

Budenie druhých harmonických v širokom spektre

Od objavu nelineárnych optických efektov druhého rádu v 60-tych rokoch minulého storočia vzbudil široký záujem výskumníkov, doteraz na základe druhých harmonických a frekvenčných efektov produkoval od extrémneho ultrafialového až po vzdialené infračervené pásmo.lasery, výrazne podporil vývoj lasera,optickéspracovanie informácií, mikroskopické zobrazovanie s vysokým rozlíšením a ďalšie oblasti. Podľa nelineárnychoptikaa teórii polarizácie, nelineárny optický efekt párneho rádu úzko súvisí s kryštálovou symetriou a nelineárny koeficient nie je nulový iba v necentrálnych inverzných symetrických médiách. Ako najzákladnejší nelineárny efekt druhého rádu, druhé harmonické značne bránia ich generovaniu a efektívnemu použitiu v kremennom vlákne kvôli amorfnej forme a symetrii stredovej inverzie. V súčasnosti môžu polarizačné metódy (optická polarizácia, tepelná polarizácia, polarizácia elektrického poľa) umelo zničiť symetriu inverzie materiálového stredu optického vlákna a účinne zlepšiť nelinearitu optického vlákna druhého rádu. Táto metóda však vyžaduje zložitú a náročnú technológiu prípravy a môže splniť podmienky kvázi-fázového prispôsobenia len na diskrétnych vlnových dĺžkach. Rezonančný krúžok z optického vlákna založený na režime echo steny obmedzuje široké spektrum budenia druhých harmonických. Porušením symetrie povrchovej štruktúry vlákna sa do určitej miery zvýšia povrchové druhé harmonické vo vlákne so špeciálnou štruktúrou, ale stále závisia od pulzu femtosekundového čerpadla s veľmi vysokým špičkovým výkonom. Preto je generovanie nelineárnych optických efektov druhého rádu vo všetkých vláknových štruktúrach a zlepšenie účinnosti konverzie, najmä generovanie širokospektrálnych druhých harmonických pri nízkom výkonovom kontinuálnom optickom čerpaní, základnými problémami, ktoré je potrebné vyriešiť. v oblasti nelineárnej vláknovej optiky a zariadení a majú dôležitý vedecký význam a širokú aplikačnú hodnotu.

Výskumný tím v Číne navrhol vrstvenú schému integrácie kryštálovej fázy selenidu gália s mikro-nanovláknom. Využitím výhody vysokej nelinearity druhého rádu a usporiadania kryštálov selenidu gália s dlhým dosahom sa realizuje širokospektrálna sekundárna harmonická excitácia a proces multifrekvenčnej konverzie, čo poskytuje nové riešenie na zlepšenie multiparametrických procesov v vlákna a príprava širokopásmovej druhej harmonickejsvetelné zdroje. Účinné budenie druhej harmonickej a súčtového frekvenčného efektu v schéme závisí najmä od nasledujúcich troch kľúčových podmienok: dlhá interakčná vzdialenosť svetla a hmoty medzi selenidom gália amikro-nano vláknoje splnená vysoká nelinearita druhého rádu a rád s dlhým dosahom vrstveného kryštálu selenidu gália a podmienky fázového prispôsobenia základnej frekvencie a režimu zdvojnásobenia frekvencie.

V experimente má mikro-nano vlákno pripravené zužujúcim sa systémom plameňového skenovania rovnomernú oblasť kužeľa rádovo v milimetroch, čo poskytuje dlhú nelineárnu akčnú dĺžku pre svetlo čerpadla a druhú harmonickú vlnu. Nelineárna polarizovateľnosť integrovaného kryštálu selenidu gália druhého rádu presahuje 170 pm/V, čo je oveľa viac ako vnútorná nelineárna polarizovateľnosť optického vlákna. Okrem toho usporiadaná štruktúra kryštálu selenidu gália s dlhým dosahom zaisťuje nepretržitú fázovú interferenciu druhých harmonických, čo poskytuje plnú hru s výhodou veľkej nelineárnej akčnej dĺžky v mikro-nanovlákne. Ešte dôležitejšie je, že fázové prispôsobenie medzi režimom čerpacej optickej základne (HE11) a režimom druhého harmonického vysokého rádu (EH11, HE31) sa realizuje riadením priemeru kužeľa a následnou reguláciou disperzie vlnovodu počas prípravy mikro-nano vlákna.

Vyššie uvedené podmienky položili základ pre efektívne a širokopásmové budenie druhých harmonických v mikro-nanovlákne. Experiment ukazuje, že výstup druhých harmonických na úrovni nanowattov je možné dosiahnuť pod 1550 nm pikosekundovým pulzným laserovým čerpadlom a druhé harmonické môžu byť efektívne vybudené aj pod nepretržitým laserovým čerpadlom rovnakej vlnovej dĺžky a prahový výkon je ako niekoľko stoviek mikrowattov (obrázok 1). Ďalej, keď sa svetlo pumpy rozšíri na tri rôzne vlnové dĺžky kontinuálneho lasera (1270/1550/1590 nm), tri sekundové harmonické (2w1, 2w2, 2w3) a tri súčtové frekvenčné signály (w1+w2, w1+w3, w2+ w3) sú pozorované pri každej zo šiestich vlnových dĺžok frekvenčnej konverzie. Nahradením svetla pumpy svetelným zdrojom ultravyžarujúcich diód (SLED) so šírkou pásma 79,3 nm sa generuje širokospektrálna druhá harmonická so šírkou pásma 28,3 nm (obrázok 2). Okrem toho, ak je možné použiť technológiu chemického nanášania pár na nahradenie technológie suchého prenosu v tejto štúdii a na povrchu mikro-nanovlákna na veľké vzdialenosti možno pestovať menej vrstiev kryštálov selenidu gália, očakáva sa účinnosť druhej harmonickej konverzie. ďalej zlepšovať.

Obr. 1 Systém generovania druhej harmonickej a výsledkom je celovláknová štruktúra

Obrázok 2 Miešanie viacerých vlnových dĺžok a širokospektrálne druhé harmonické pri nepretržitom optickom čerpaní