Побудување на втори хармоници во широк спектар

Побудување на втори хармоници во широк спектар

Од откривањето на нелинеарните оптички ефекти од втор ред во 1960-тите, предизвика широк интерес кај истражувачите, досега, врз основа на втората хармоника и фреквентните ефекти, произведени од екстремниот ултравиолетов до далечниот инфрацрвен опсег наласери, во голема мера го промовираше развојот на ласерот,оптичкиобработка на информации, микроскопско снимање со висока резолуција и други области. Според нелинеарнитеоптикаИ теоријата на поларизација, нелинеарниот оптички ефект од парен ред е тесно поврзан со кристалната симетрија, а нелинеарниот коефициент не е нула само во нецентрални инверзивно симетрични медиуми. Како најосновен нелинеарен ефект од втор ред, вторите хармоници во голема мера го попречуваат нивното генерирање и ефикасна употреба во кварцните влакна поради аморфната форма и симетријата на централната инверзија. Во моментов, методите на поларизација (оптичка поларизација, термичка поларизација, поларизација на електрично поле) можат вештачки да ја уништат симетријата на материјалната централна инверзија на оптичкото влакно и ефикасно да ја подобрат нелинеарноста од втор ред на оптичкото влакно. Сепак, овој метод бара сложена и тешка технологија за подготовка и може да ги задоволи само условите за квази-фазно совпаѓање на дискретни бранови должини. Резонантниот прстен од оптичко влакно базиран на режимот на ехо ѕид го ограничува широкиот спектар на возбудување на секундарните хармоници. Со кршење на симетријата на површинската структура на влакното, површинските втори хармоници во влакното со посебна структура се подобруваат до одреден степен, но сепак зависат од фемтосекундниот пулс на пумпата со многу висока врвна моќност. Затоа, генерирањето на нелинеарни оптички ефекти од втор ред во структури составени од сите влакна и подобрувањето на ефикасноста на конверзијата, особено генерирањето на втори хармоници со широк спектар при нискоенергетско, континуирано оптичко пумпање, се основните проблеми што треба да се решат во областа на нелинеарните оптички влакна и уреди, и имаат важно научно значење и широка применлива вредност.

Истражувачки тим во Кина предложи шема за интеграција на фази на слоевит кристал на галиум селенид со микро-нано влакна. Со искористување на високата нелинеарност од втор ред и долгорочното подредување на кристалите на галиум селенид, се реализира процес на возбудување на втора хармоника со широк спектар и мултифреквентна конверзија, обезбедувајќи ново решение за подобрување на мултипараметриските процеси во влакната и подготовка на широкопојасен втора хармоника.извори на светлинаЕфикасното возбудување на вториот хармоник и ефектот на збирна фреквенција во шемата главно зависи од следните три клучни услови: долгото растојание на интеракција светлина-материја помеѓу галиум селенид имикро-нано влакна, високата нелинеарност од втор ред и долгорочниот ред на слоевитиот кристал на галиум селенид, како и условите за фазно совпаѓање на фундаменталниот режим на фреквенција и режимот на удвојување на фреквенцијата се задоволени.

Во експериментот, микро-нано влакното подготвено со системот за стеснување на скенирање на пламен има униформен конусен регион од редот на милиметри, што обезбедува долго нелинеарно дејство за светлото на пумпата и вториот хармоничен бран. Нелинеарната поларизација од втор ред на интегрираниот кристал од галиум селенид надминува 170 pm/V, што е многу повисоко од внатрешната нелинеарна поларизација на оптичкото влакно. Покрај тоа, долгорочната подредена структура на кристалот од галиум селенид обезбедува континуирана фазна интерференција на вторите хармоници, давајќи целосна предност на големото нелинеарно дејство во микро-нано влакното. Поважно, фазното совпаѓање помеѓу основниот оптички режим на пумпање (HE11) и вториот хармоничен режим од висок ред (EH11, HE31) се реализира со контролирање на дијаметарот на конусот, а потоа регулирање на дисперзијата на брановодот за време на подготовката на микро-нано влакното.

Горенаведените услови ја поставуваат основата за ефикасно и широкопојасно возбудување на вторите хармоници во микро-нано влакна. Експериментот покажува дека излезот на вторите хармоници на ниво на нановати може да се постигне под 1550 nm пикосекундна пулсна ласерска пумпа, а вторите хармоници можат ефикасно да се возбудат и под континуирана ласерска пумпа со иста бранова должина, а прагот на моќност е низок до неколку стотици микровати (Слика 1). Понатаму, кога светлината на пумпата се протега на три различни бранови должини на континуиран ласер (1270/1550/1590 nm), се забележуваат три секундарни хармоници (2w1, 2w2, 2w3) и три сигнали на сумирана фреквенција (w1+w2, w1+w3, w2+w3) на секоја од шесте бранови должини на конверзија на фреквенција. Со замена на светлината на пумпата со извор на светлина со ултра-зрачна диода што емитува светлина (SLED) со пропусен опсег од 79,3 nm, се генерира втора хармоника со широк спектар со пропусен опсег од 28,3 nm (Слика 2). Дополнително, доколку технологијата за хемиско таложење на пареа може да се користи за да ја замени технологијата за сув трансфер во оваа студија, и доколку на површината на микро-нано влакната може да се одгледуваат помалку слоеви на кристали од галиум селенид на долги растојанија, се очекува ефикасноста на конверзија на втората хармоника дополнително да се подобри.

Сл. 1 Систем за генерирање на втори хармоници и резултати во структура составена од сите влакна

Слика 2 Мешање со повеќе бранови должини и втори хармоници со широк спектар под континуирано оптичко пумпање