Узбуджэнне другой гармонікі ў шырокім спектры

Узбуджэнне другой гармонікі ў шырокім спектры

З моманту адкрыцця нелінейна-аптычных эфектаў другога парадку ў 1960-х гадах выклікаў шырокую цікавасць даследчыкаў, і да гэтага часу, заснаваныя на другой гармоніцы і частотных эфектах, створаны дыяпазон ад ультрафіялетавага да далёкага інфрачырвонага дыяпазону.лазеры, значна спрыяў развіццю лазера,аптычныапрацоўка інфармацыі, мікраскапічная візуалізацыя з высокім дазволам і іншыя вобласці. Паводле нелінейоптыкаі тэорыі палярызацыі, нелінейны аптычны эфект цотнага парадку цесна звязаны з сіметрыяй крышталя, і нелінейны каэфіцыент не роўны нулю толькі ў сіметрычных асяроддзях з нецэнтральнай інверсіяй. У якасці самага асноўнага нелінейнага эфекту другога парадку другія гармонікі значна перашкаджаюць іх генерацыі і эфектыўнаму выкарыстанню ў кварцавым валакне з-за аморфнай формы і сіметрыі інверсіі цэнтра. У цяперашні час метады палярызацыі (аптычная палярызацыя, цеплавая палярызацыя, палярызацыя электрычнага поля) могуць штучна разбурыць сіметрыю інверсіі цэнтра матэрыялу аптычнага валакна і эфектыўна палепшыць нелінейнасць другога парадку аптычнага валакна. Аднак гэты метад патрабуе складанай і патрабавальнай тэхналогіі падрыхтоўкі і можа адпавядаць умовам квазіфазавага супадзення толькі на дыскрэтных даўжынях хваль. Рэзананснае кольца з аптычнага валакна, заснаванае на рэжыме рэха-сцяны, абмяжоўвае шырокі спектр узбуджэння другой гармонікі. Парушаючы сіметрыю павярхоўнай структуры валакна, павярхоўныя другія гармонікі валакна са спецыяльнай структурай узмацняюцца да пэўнай ступені, але ўсё яшчэ залежаць ад фемтасекунднага імпульсу накачкі з вельмі высокай пікавай магутнасцю. Такім чынам, генерацыя нелінейных аптычных эфектаў другога парадку ў цэлавалакновых структурах і павышэнне эфектыўнасці пераўтварэння, асабліва генерацыя другіх гармонік шырокага спектру пры бесперапыннай аптычнай накачцы малой магутнасці, з'яўляюцца асноўнымі праблемамі, якія неабходна вырашыць у галіне нелінейнай валаконнай оптыкі і прылад, і маюць важнае навуковае значэнне і шырокае прымяненне.

Даследчая група ў Кітаі прапанавала схему інтэграцыі слаістай фазы крышталя селеніду галію з мікрананавалакном. Выкарыстоўваючы перавагі высокай нелінейнасці другога парадку і далёкага ўпарадкавання крышталяў селеніду галію, рэалізуецца працэс узбуджэння другой гармонікі шырокага спектру і шматчастотнага пераўтварэння, што забяспечвае новае рашэнне для паляпшэння шматпараметрычных працэсаў у валакна і падрыхтоўка шырокапалоснай другой гармонікікрыніцы святла. Эфектыўнае ўзбуджэнне другой гармонікі і сумарнага частотнага эфекту ў схеме ў асноўным залежыць ад наступных трох ключавых умоў: вялікай адлегласці ўзаемадзеяння святла і рэчыва паміж селенідам галію імікра-нана валакна, высокая нелінейнасць другога парадку і далёкі парадак слаістага крышталя селеніду галію, а таксама ўмовы фазавага супадзення асноўнай частаты і рэжыму падваення частоты выкананы.

У эксперыменце мікра-нанавалакно, падрыхтаванае звужанай сістэмай сканіравання полымя, мае аднастайную вобласць конусу парадку міліметра, што забяспечвае вялікую даўжыню нелінейнага дзеяння для святла накачкі і хвалі другой гармонікі. Нелінейная палярызавальнасць другога парадку інтэграванага крышталя селеніду галію перавышае 170 пм/В, што значна вышэй, чым унутраная нелінейная палярызавальнасць аптычнага валакна. Акрамя таго, далёкая ўпарадкаваная структура крышталя селеніду галію забяспечвае бесперапынную фазавую інтэрферэнцыю другіх гармонік, што дазваляе ў поўнай меры выкарыстоўваць перавагі вялікай даўжыні нелінейнага дзеяння ў мікрананавалакне. Больш важна тое, што фазавае ўзгадненне паміж аптычным базавым рэжымам накачкі (HE11) і другім гарманічным рэжымам высокага парадку (EH11, HE31) рэалізуецца шляхам кантролю дыяметра конусу і затым рэгулявання дысперсіі ў хваляводы падчас падрыхтоўкі мікрананавалакна.

Вышэйзгаданыя ўмовы закладваюць аснову для эфектыўнага і шырокапалоснага ўзбуджэння другой гармонікі ў мікрананавалакне. Эксперымент паказвае, што выхад другіх гармонік на ўзроўні нанават можа быць дасягнуты пры пікасекунднай імпульснай лазернай накачцы 1550 нм, а другая гармоніка таксама можа эфектыўна ўзбуджацца пры бесперапыннай лазернай накачцы той жа даўжыні хвалі, а парогавая магутнасць роўная нізкая, як некалькі сотняў мікрават (малюнак 1). Акрамя таго, калі святло накачкі распаўсюджваецца на тры розныя даўжыні хваль бесперапыннага лазера (1270/1550/1590 нм), тры другія гармонікі (2w1, 2w2, 2w3) і тры сігналы сумарнай частаты (w1+w2, w1+w3, w2+ w3) назіраюцца на кожнай з шасці даўжынь хваль пераўтварэння частоты. Замяніўшы святло накачкі на крыніцу святла з ультравыпраменьваючым святлодыёдам (SLED) з прапускной здольнасцю 79,3 нм, утвараецца другая гармоніка шырокага спектру з паласой прапускання 28,3 нм (малюнак 2). Акрамя таго, калі тэхналогія хімічнага асаджэння з паравай фазы можа быць выкарыстана для замены тэхналогіі сухога пераносу ў гэтым даследаванні, і менш слаёў крышталяў селеніду галію можна вырасціць на паверхні мікра-нанавалакна на вялікіх адлегласцях, чакаецца, што эфектыўнасць пераўтварэння другой гармонікі для далейшага ўдасканалення.

ФІГ. 1 Сістэма генерацыі другой гармонікі і прыводзіць да структуры валокнаў

Малюнак 2 Шматхвалевае змешванне і другая гармоніка шырокага спектру пры бесперапыннай аптычнай накачцы