Anregung zweiter Harmonischer in einem breiten Spektrum
Seit der Entdeckung nichtlinearer optischer Effekte zweiter Ordnung in den 1960er Jahren hat es großes Interesse bei Forschern geweckt, die bisher auf der zweiten Harmonischen und Frequenzeffekten basieren und vom extremen Ultraviolett bis zum fernen Infrarotband erzeugt wurdenLaser, stark gefördert die entwicklung von laser,optischInformationsverarbeitung, hochauflösende mikroskopische Bildgebung und andere Bereiche. Laut nichtlinearOptikund Polarisationstheorie hängt der nichtlineare optische Effekt gerader Ordnung eng mit der Kristallsymmetrie zusammen, und der nichtlineare Koeffizient ist nur in nichtzentralen inversionssymmetrischen Medien nicht Null. Als grundlegendster nichtlinearer Effekt zweiter Ordnung behindern die zweiten Harmonischen ihre Erzeugung und effektive Nutzung in Quarzfasern aufgrund der amorphen Form und der Symmetrie der Mitteninversion erheblich. Gegenwärtig können Polarisationsmethoden (optische Polarisation, thermische Polarisation, elektrische Feldpolarisation) die Symmetrie der Materialzentrumsumkehr optischer Fasern künstlich zerstören und die Nichtlinearität zweiter Ordnung optischer Fasern wirksam verbessern. Allerdings erfordert diese Methode eine komplexe und anspruchsvolle Vorbereitungstechnik und kann die Quasi-Phasenanpassungsbedingungen nur bei diskreten Wellenlängen erfüllen. Der auf dem Echowandmodus basierende optische Faserresonanzring begrenzt die breite Spektrumanregung der zweiten Harmonischen. Durch das Brechen der Symmetrie der Oberflächenstruktur der Faser werden die zweiten Oberwellen der Oberfläche in der Faser mit spezieller Struktur bis zu einem gewissen Grad verstärkt, hängen aber immer noch vom Femtosekunden-Pumpimpuls mit sehr hoher Spitzenleistung ab. Daher sind die Erzeugung nichtlinearer optischer Effekte zweiter Ordnung in Vollfaserstrukturen und die Verbesserung der Umwandlungseffizienz, insbesondere die Erzeugung von zweiten Harmonischen mit breitem Spektrum beim kontinuierlichen optischen Pumpen mit geringer Leistung, die grundlegenden Probleme, die gelöst werden müssen auf dem Gebiet der nichtlinearen Faseroptik und -geräte und haben eine wichtige wissenschaftliche Bedeutung und einen breiten Anwendungswert.
Ein Forschungsteam in China hat ein geschichtetes Phasenintegrationsschema für Galliumselenidkristalle mit Mikro-Nanofasern vorgeschlagen. Durch die Ausnutzung der hohen Nichtlinearität zweiter Ordnung und der Fernordnung von Galliumselenidkristallen werden eine breitbandige Anregung der zweiten Harmonischen und ein Mehrfrequenzumwandlungsprozess realisiert, was eine neue Lösung für die Verbesserung multiparametrischer Prozesse in bietet Glasfaser und die Vorbereitung breitbandiger zweiter HarmonischerLichtquellen. Die effiziente Anregung der zweiten Harmonischen und des Summenfrequenzeffekts im Schema hängt hauptsächlich von den folgenden drei Schlüsselbedingungen ab: dem langen Licht-Materie-Wechselwirkungsabstand zwischen Galliumselenid undMikro-Nano-Faser, die hohe Nichtlinearität zweiter Ordnung und die Fernordnung des geschichteten Galliumselenidkristalls sowie die Phasenanpassungsbedingungen der Grundfrequenz und des Frequenzverdopplungsmodus sind erfüllt.
Im Experiment weist die durch das Flammenscan-Tapering-System hergestellte Mikro-Nanofaser einen gleichmäßigen Kegelbereich in der Größenordnung von Millimetern auf, der eine lange nichtlineare Wirkungslänge für das Pumplicht und die zweite harmonische Welle bietet. Die nichtlineare Polarisierbarkeit zweiter Ordnung des integrierten Galliumselenidkristalls übersteigt 170 pm/V, was viel höher ist als die intrinsische nichtlineare Polarisierbarkeit der optischen Faser. Darüber hinaus gewährleistet die weitreichend geordnete Struktur des Galliumselenidkristalls die kontinuierliche Phaseninterferenz der zweiten Harmonischen, wodurch der Vorteil der großen nichtlinearen Wirkungslänge in der Mikro-Nanofaser voll ausgenutzt wird. Noch wichtiger ist, dass die Phasenanpassung zwischen dem pumpenden optischen Basismodus (HE11) und dem zweiten harmonischen Modus höherer Ordnung (EH11, HE31) durch die Steuerung des Kegeldurchmessers und die anschließende Regulierung der Wellenleiterdispersion während der Herstellung der Mikro-Nano-Faser erreicht wird.
Die oben genannten Bedingungen legen den Grundstein für die effiziente und breitbandige Anregung der zweiten Harmonischen in Mikro-Nanofasern. Das Experiment zeigt, dass mit der 1550-nm-Pikosekunden-Pulslaserpumpe die Ausgabe zweiter Harmonischer im Nanowatt-Bereich erreicht werden kann und dass die zweiten Harmonischen auch mit der kontinuierlichen Laserpumpe derselben Wellenlänge effizient angeregt werden können und die Schwellenleistung gleich ist nur mehrere Hundert Mikrowatt (Abbildung 1). Wenn das Pumplicht außerdem auf drei verschiedene Wellenlängen des kontinuierlichen Lasers (1270/1550/1590 nm) erweitert wird, entstehen drei zweite Harmonische (2w1, 2w2, 2w3) und drei Summenfrequenzsignale (w1+w2, w1+w3, w2+ w3) werden bei jeder der sechs Frequenzumwandlungswellenlängen beobachtet. Durch Ersetzen des Pumplichts durch eine Lichtquelle mit ultrastrahlender Leuchtdiode (SLED) mit einer Bandbreite von 79,3 nm wird eine zweite Harmonische mit breitem Spektrum und einer Bandbreite von 28,3 nm erzeugt (Abbildung 2). Wenn in dieser Studie außerdem die chemische Gasphasenabscheidungstechnologie als Ersatz für die Trockenübertragungstechnologie eingesetzt werden kann und über große Entfernungen weniger Schichten von Galliumselenidkristallen auf der Oberfläche von Mikro-Nanofasern gezüchtet werden können, ist eine Umwandlungseffizienz der zweiten Harmonischen zu erwarten weiter verbessert werden.
FEIGE. 1 System zur Erzeugung der zweiten Harmonischen und führt zu einer reinen Faserstruktur
Abbildung 2 Multiwellenlängenmischung und zweite Harmonische mit breitem Spektrum unter kontinuierlichem optischem Pumpen
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 20. Mai 2024