Excitering av andra övertoner i ett brett spektrum

Excitering av andra övertoner i ett brett spektrum

Sedan upptäckten av andra ordningens icke-linjära optiska effekter på 1960-talet, har väckt stort intresse hos forskare, har hittills, baserat på den andra övertonen och frekvenseffekter, producerats från det extrema ultravioletta till det långt infraröda bandet avlasrar, starkt främjat utvecklingen av laser,optiskinformationsbehandling, högupplöst mikroskopisk avbildning och andra områden. Enligt icke-linjäroptikoch polarisationsteori, den olinjära optiska effekten av jämn ordning är nära relaterad till kristallsymmetri, och den olinjära koefficienten är inte noll endast i icke-centrala inversionssymmetriska medier. Som den mest grundläggande olinjära effekten av andra ordningen, hindrar de andra övertonerna i hög grad deras generering och effektiva användning i kvartsfiber på grund av den amorfa formen och symmetrin i centruminversion. För närvarande kan polariseringsmetoder (optisk polarisation, termisk polarisation, elektrisk fältpolarisation) artificiellt förstöra symmetrin av materialcentruminversion av optisk fiber och effektivt förbättra den andra ordningens olinjäritet hos optisk fiber. Denna metod kräver dock komplex och krävande förberedelseteknik och kan endast uppfylla kvasi-fasmatchningsvillkoren vid diskreta våglängder. Den optiska fiberresonansringen baserad på ekoväggsläget begränsar det breda spektrumets excitation av andra övertoner. Genom att bryta symmetrin i fiberns ytstruktur förstärks ytornas andra övertoner i specialstrukturfibern i viss utsträckning, men är fortfarande beroende av femtosekundspumppulsen med mycket hög toppeffekt. Därför är genereringen av andra ordningens olinjära optiska effekter i helfiberstrukturer och förbättringen av konverteringseffektiviteten, särskilt genereringen av bredspektrum andra övertoner i lågeffekt, kontinuerlig optisk pumpning, de grundläggande problemen som måste lösas inom området icke-linjär fiberoptik och anordningar, och har viktig vetenskaplig betydelse och brett tillämpningsvärde.

Ett forskarlag i Kina har föreslagit ett skiktat galliumselenidkristallfasintegrationssystem med mikronanofiber. Genom att dra fördel av den höga andra ordningens icke-linjäritet och långdistansordningen av galliumselenidkristaller, realiseras en brett spektrum andra-harmonisk excitations- och multi-frekvensomvandlingsprocess, vilket ger en ny lösning för att förbättra multiparametriska processer i fiber och framställning av bredbands andra övertonerljuskällor. Den effektiva exciteringen av den andra övertonen och summafrekvenseffekten i schemat beror huvudsakligen på följande tre nyckelförhållanden: det långa ljus-materia-interaktionsavståndet mellan galliumselenid ochmikronanofiberDen höga andra ordningens olinjäritet och långdistansordningen för den skiktade galliumselenidkristallen och fasanpassningsvillkoren för grundfrekvens- och frekvensdubbleringsmoden är uppfyllda.

I experimentet har mikronanofibern som framställts av det avsmalnande flamskanningssystemet ett enhetligt konområde i storleksordningen millimeter, vilket ger en lång olinjär verkanslängd för pumpljuset och den andra övertonsvågen. Den andra ordningens olinjära polariserbarhet för den integrerade galliumselenidkristallen överstiger 170 pm/V, vilket är mycket högre än den inre olinjära polariserbarheten för den optiska fibern. Dessutom säkerställer galliumselenidkristallens långdistansordnade struktur den kontinuerliga fasinterferensen för de andra övertonerna, vilket ger fullt spel till fördel för den stora olinjära aktionslängden i mikronanofibern. Ännu viktigare är att fasmatchningen mellan det pumpande optiska basläget (HE11) och det andra övertonsläget av hög ordning (EH11, HE31) realiseras genom att kontrollera konens diameter och sedan reglera vågledarspridningen under framställningen av mikronanofiber.

Ovanstående förhållanden lägger grunden för den effektiva och bredbandiga exciteringen av andra övertoner i mikronanofiber. Experimentet visar att utsignalen från andra övertoner på nanowattnivå kan uppnås under 1550 nm pikosekundpulslaserpumpen, och de andra övertonerna kan också exciteras effektivt under den kontinuerliga laserpumpen med samma våglängd, och tröskeleffekten är som låg som flera hundra mikrowatt (Figur 1). Vidare, när pumpljuset utökas till tre olika våglängder av kontinuerlig laser (1270/1550/1590 nm), tre andra övertoner (2w1, 2w2, 2w3) och tre summafrekvenssignaler (w1+w2, w1+w3, w2+ w3) observeras vid var och en av de sex frekvensomvandlingsvåglängderna. Genom att ersätta pumpljuset med en ultra-strålande lysdiod (SLED) ljuskälla med en bandbredd på 79,3 nm genereras en brett spektrum andra överton med en bandbredd på 28,3 nm (Figur 2). Dessutom, om kemisk ångavsättningsteknik kan användas för att ersätta torröverföringsteknologin i denna studie, och färre lager av galliumselenidkristaller kan odlas på ytan av mikronanofiber över långa avstånd, förväntas den andra harmoniska omvandlingseffektiviteten att förbättras ytterligare.

FIKON. 1 System för generering av andra övertoner och resulterar i en helfiberstruktur

Figur 2 Multi-våglängdsblandning och bredspektrum andra övertoner under kontinuerlig optisk pumpning