Második harmonikusok gerjesztése széles spektrumban
A másodrendű nemlineáris optikai effektusok 1960-as évekbeli felfedezése óta a kutatók széles körű érdeklődését keltették fel, és a második harmonikus, valamint a frekvenciaeffektusok alapján eddig a szélsőséges ultraibolya tartománytól a távoli infravörös tartományig terjedő tartományokat vizsgálták.lézereknagyban elősegítette a lézerfejlődést,optikaiinformációfeldolgozás, nagy felbontású mikroszkópos képalkotás és egyéb területek. A nemlineáris elméletek szerintoptikaés a polarizációelmélet szerint a páros rendű nemlineáris optikai hatás szorosan összefügg a kristályszimmetriával, és a nemlineáris együttható nem csak nem centrális inverziós szimmetrikus közegekben nem nulla. A legalapvetőbb másodrendű nemlineáris hatásként a második harmonikusok nagymértékben akadályozzák keletkezésüket és hatékony alkalmazásukat kvarcszálban az amorf forma és a centrális inverzió szimmetriája miatt. Jelenleg a polarizációs módszerek (optikai polarizáció, termikus polarizáció, elektromos tér polarizáció) mesterségesen lerombolhatják az optikai szál anyagcentrális inverziójának szimmetriáját, és hatékonyan javíthatják az optikai szál másodrendű nemlinearitását. Ez a módszer azonban összetett és igényes előkészítési technológiát igényel, és csak diszkrét hullámhosszakon tudja kielégíteni a kvázi-fázis illesztési feltételeket. Az optikai szál visszhangfal módusán alapuló rezonáns gyűrűje korlátozza a második harmonikusok széles spektrumú gerjesztését. A szál felületi szerkezetének szimmetriájának megsértésével a speciális szerkezetű szálban a felületi második harmonikusok bizonyos mértékig felerősödnek, de továbbra is a nagyon nagy csúcsteljesítményű femtoszekundumos pumpimpulzustól függenek. Ezért a másodrendű nemlineáris optikai effektusok generálása a teljes szálas struktúrákban és az átalakítási hatékonyság javítása, különösen a széles spektrumú második harmonikusok generálása kis teljesítményű, folyamatos optikai pumpálásban, az alapvető problémák, amelyeket meg kell oldani a nemlineáris száloptika és eszközök területén, és amelyek fontos tudományos jelentőséggel és széles körű alkalmazási értékkel bírnak.
Egy kínai kutatócsoport egy réteges gallium-szelenid kristályfázis-integrációs sémát javasolt mikro-nano szállal. A gallium-szelenid kristályok magas másodrendű nemlinearitásának és nagy hatótávolságú rendezettségének kihasználásával egy széles spektrumú másodharmonikus gerjesztési és többfrekvenciás konverziós folyamatot valósítottak meg, új megoldást kínálva a szálakban zajló többparaméteres folyamatok fokozására és a szélessávú másodharmonikusok előállítására.fényforrásokA második harmonikus és az összegfrekvencia-effektus hatékony gerjesztése a sémában főként a következő három kulcsfontosságú feltételtől függ: a gallium-szelenid és a gallium-szelenid közötti hosszú fény-anyag kölcsönhatási távolság.mikro-nanoszál, a réteges gallium-szelenid kristály magas másodrendű nemlinearitása és nagy hatótávolságú rendje, valamint az alapfrekvencia és a frekvenciakettőzési mód fázisillesztési feltételei teljesülnek.
A kísérletben a lángpásztázó kúpos rendszerrel előállított mikro-nanoszál milliméteres nagyságrendű, egyenletes kúpterülettel rendelkezik, amely hosszú nemlineáris hatáshosszt biztosít a pumpáló fény és a második harmonikus hullám számára. Az integrált gallium-szelenid kristály másodrendű nemlineáris polarizálhatósága meghaladja a 170 pm/V-ot, ami jóval magasabb, mint az optikai szál belső nemlineáris polarizálhatósága. Ezenkívül a gallium-szelenid kristály nagy hatótávolságú rendezett szerkezete biztosítja a második harmonikusok folyamatos fázisinterferenciáját, teljes mértékben kihasználva a mikro-nanoszál nagy nemlineáris hatáshosszának előnyeit. Ennél is fontosabb, hogy a pumpáló optikai alapmódus (HE11) és a második harmonikus magasabb rendű módus (EH11, HE31) közötti fázisillesztést a kúp átmérőjének, majd a hullámvezető diszperziójának szabályozásával valósítják meg a mikro-nanoszál előállítása során.
A fenti feltételek megalapozzák a második harmonikusok hatékony és szélessávú gerjesztését mikro-nanoszálban. A kísérlet azt mutatja, hogy a második harmonikusok nanowatt szintű kimenete elérhető 1550 nm-es pikoszekundumos impulzuslézer-pumpálással, és a második harmonikusok szintén hatékonyan gerjeszthetők azonos hullámhosszú folyamatos lézerpumpálással, a küszöbteljesítmény pedig akár több száz mikrowatt is lehet (1. ábra). Továbbá, amikor a pumpafényt három különböző folyamatos lézerhullámhosszra (1270/1550/1590 nm) kiterjesztik, három második harmonikus (2w1, 2w2, 2w3) és három összegfrekvenciás jel (w1+w2, w1+w3, w2+w3) figyelhető meg mind a hat frekvenciakonverziós hullámhosszon. A pumpafényt egy 79,3 nm sávszélességű ultra-sugárzó fénykibocsátó dióda (SLED) fényforrással helyettesítve egy széles spektrumú második harmonikus keletkezik 28,3 nm sávszélességgel (2. ábra). Ezenkívül, ha a kémiai gőzfázisú leválasztási technológiával kiváltható a szárazátviteli technológia ebben a tanulmányban, és kevesebb gallium-szelenid kristályréteg növesztése lehetséges a mikro-nanoszál felületén nagy távolságokon, akkor a második harmonikus konverziós hatékonyság várhatóan tovább javul.
1. ÁBRA A második harmonikus generáló rendszer és az eredmények teljes szálas szerkezetben
2. ábra Több hullámhosszú keverés és széles spektrumú második harmonikusok folyamatos optikai pumpálás alatt
Közzététel ideje: 2024. május 20.