Excitation av andra övertoner i ett brett spektrum

Excitation av andra övertoner i ett brett spektrum

Sedan upptäckten av andra ordningens ickelinjära optiska effekter på 1960-talet har detta väckt stort intresse hos forskare, och hittills har det, baserat på andra harmoniska och frekvenseffekter, producerats från det extrema ultravioletta till det fjärrinfraröda bandet.lasrar, främjade kraftigt utvecklingen av laser,optiskinformationsbehandling, högupplöst mikroskopisk avbildning och andra områden. Enligt ickelinjäroptikoch polarisationsteorin är den jämna ordningens ickelinjära optiska effekten nära besläktad med kristallsymmetri, och den ickelinjära koefficienten är inte noll endast i icke-centrala inversionssymmetriska medier. Som den mest grundläggande andra ordningens ickelinjära effekten hindrar de andra övertonerna i hög grad deras generering och effektiva användning i kvartsfiber på grund av den amorfa formen och symmetrin hos centruminversionen. För närvarande kan polarisationsmetoder (optisk polarisering, termisk polarisering, elektrisk fältpolarisering) artificiellt förstöra symmetrin hos materialets centruminversion i optisk fiber och effektivt förbättra den andra ordningens ickelinjäritet hos optisk fiber. Denna metod kräver dock komplex och krävande förberedelseteknik och kan endast uppfylla kvasifasmatchningsförhållandena vid diskreta våglängder. Den optiska fiberns resonansring baserad på ekoväggsläge begränsar den breda spektrumexcitationen av andra övertoner. Genom att bryta symmetrin hos fiberns ytstruktur förbättras de andra övertonerna i ytan i fibern med specialstruktur till en viss grad, men är fortfarande beroende av femtosekundpumppulsen med mycket hög toppeffekt. Därför är genereringen av andra ordningens ickelinjära optiska effekter i helfiberstrukturer och förbättringen av omvandlingseffektiviteten, särskilt genereringen av bredspektrum andra övertoner vid kontinuerlig optisk pumpning med låg effekt, de grundläggande problem som behöver lösas inom området ickelinjär fiberoptik och anordningar, och har viktig vetenskaplig betydelse och brett tillämpningsvärde.

Ett forskarteam i Kina har föreslagit ett skiktat galliumselenidkristallfasintegrationsschema med mikronanofiber. Genom att dra nytta av den höga andra ordningens icke-linjäritet och långdistansordningen hos galliumselenidkristaller realiseras en bredspektrum andraharmonisk excitations- och multifrekvensomvandlingsprocess, vilket ger en ny lösning för förbättring av multiparametriska processer i fiber och förberedelse av bredbandiga andraharmoniska.ljuskällorDen effektiva excitationen av den andra harmoniska och summafrekvenseffekten i schemat beror huvudsakligen på följande tre nyckelvillkor: det långa ljus-materia-interaktionsavståndet mellan galliumselenid ochmikronanofiber, den höga andra ordningens olinjäritet och långdistansordningen hos den skiktade galliumselenidkristallen, och fasmatchningsvillkoren för grundfrekvensen och frekvensfördubblingsläget är uppfyllda.

I experimentet har mikronanofibern som framställts med hjälp av flamskanningssystemet en enhetlig konregion i storleksordningen millimeter, vilket ger en lång ickelinjär verkningslängd för pumpljuset och den andra harmoniska vågen. Den andra ordningens ickelinjära polariserbarhet hos den integrerade galliumselenidkristallen överstiger 170 pm/V, vilket är mycket högre än den inneboende ickelinjära polariserbarheten hos den optiska fibern. Dessutom säkerställer galliumselenidkristallens långsiktiga ordnade struktur kontinuerlig fasinterferens hos de andra harmoniska övertonerna, vilket ger full fördel åt den stora ickelinjära verkningslängden i mikronanofibern. Ännu viktigare är att fasmatchningen mellan det pumpande optiska basläget (HE11) och det andra harmoniska högordningens läge (EH11, HE31) realiseras genom att kontrollera kondiametern och sedan reglera vågledarspridningen under framställningen av mikronanofibern.

Ovanstående förhållanden lägger grunden för effektiv och bredbandig excitation av andra övertoner i mikronanofiber. Experimentet visar att utsignalen av andra övertoner på nanowattnivå kan uppnås under 1550 nm pikosekundpulslaserpump, och att andra övertonerna också kan exciteras effektivt under den kontinuerliga laserpumpen med samma våglängd, och tröskeleffekten är så låg som flera hundra mikrowatt (Figur 1). Vidare, när pumpljuset utsträcks till tre olika våglängder av kontinuerlig laser (1270/1550/1590 nm), observeras tre andra övertoner (2w1, 2w2, 2w3) och tre summafrekvenssignaler (w1+w2, w1+w3, w2+w3) vid var och en av de sex frekvensomvandlingsvåglängderna. Genom att ersätta pumpljuset med en ultrastrålande lysdiod (SLED) ljuskälla med en bandbredd på 79,3 nm genereras en bredspektrum andra överton med en bandbredd på 28,3 nm (Figur 2). Om kemisk ångdeponeringsteknik dessutom kan användas för att ersätta torröverföringstekniken i denna studie, och färre lager av galliumselenidkristaller kan odlas på ytan av mikronanofiber över långa avstånd, förväntas den andra harmoniska omvandlingseffektiviteten förbättras ytterligare.

FIG. 1 System för generering av andra harmoniska övertoner och resultat i helfiberstruktur

Figur 2 Blandning av flera våglängder och bredspektrum andra övertoner under kontinuerlig optisk pumpning