Узбуджэнне другіх гармонік у шырокім спектры

Узбуджэнне другіх гармонік у шырокім спектры

З моманту адкрыцця нелінейных аптычных эфектаў другога парадку ў 1960-х гадах яны выклікалі шырокую цікавасць даследчыкаў, і да гэтага часу, грунтуючыся на другой гармоніцы і частотных эфектах, яны атрымалі дыяпазоны ад крайняга ультрафіялетавага да далёкага інфрачырвонага выпраменьвання.лазеры, значна паспрыяў развіццю лазера,аптычныапрацоўка інфармацыі, мікраскапічная візуалізацыя з высокім разрозненнем і іншыя галіны. Згодна з нелінейныміоптыкаЗгодна з тэорыяй палярызацыі, нелінейны аптычны эфект парнага парадку цесна звязаны з крыштальнай сіметрыяй, і нелінейны каэфіцыент не роўны нулю толькі ў нецэнтральна-інверсійных сіметрычных асяроддзях. Як найбольш базавы нелінейны эфект другога парадку, другія гармонікі значна перашкаджаюць іх генерацыі і эфектыўнаму выкарыстанню ў кварцавым валакне з-за аморфнай формы і сіметрыі цэнтральнай інверсіі. У цяперашні час метады палярызацыі (аптычная палярызацыя, цеплавая палярызацыя, палярызацыя электрычнага поля) могуць штучна парушыць сіметрыю цэнтральнай інверсіі матэрыялу аптычнага валакна і эфектыўна палепшыць нелінейнасць другога парадку аптычнага валакна. Аднак гэты метад патрабуе складанай і патрабавальнай тэхналогіі падрыхтоўкі і можа задаволіць умовы квазіфазавага ўзгаднення толькі на дыскрэтных даўжынях хваль. Рэзананснае кольца аптычнага валакна, заснаванае на рэжыме рэха-сцяны, абмяжоўвае шырокаспектральнае ўзбуджэнне другіх гармонік. Парушаючы сіметрыю паверхневай структуры валакна, паверхневыя другія гармонікі ў спецыяльнай структуры валакна да пэўнай ступені ўзмацняюцца, але ўсё яшчэ залежаць ад фемтасекунднага імпульсу накачкі з вельмі высокай пікавай магутнасцю. Такім чынам, генерацыя нелінейных аптычных эфектаў другога парадку ў цалкам валаконных структурах і павышэнне эфектыўнасці пераўтварэння, асабліва генерацыя шырокаспектральных другіх гармонік пры нізкамагутнай бесперапыннай аптычнай накачцы, 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 фазавай інтэграцыі слаістых крышталяў селеніду галію з мікра-нанавалакном. Выкарыстоўваючы высокую нелінейнасць другога парадку і далёкасяжны парадак крышталяў селеніду галію, рэалізуецца шырокі спектр узбуджэння другой гармонікі і шматчастотнага пераўтварэння, што забяспечвае новае рашэнне для паляпшэння шматпараметрычных працэсаў у валакне і атрымання шырокапалоснага сігналу другой гармонікі.крыніцы святлаЭфектыўнае ўзбуджэнне другой гармонікі і эфекту сумарнай частаты ў схеме ў асноўным залежыць ад наступных трох ключавых умоў: вялікай адлегласці ўзаемадзеяння святла з рэчывам паміж селенідам галію імікра-нанавалакно, высокая нелінейнасць другога парадку і далёкі парадак слаістага крышталя селеніду галію, а таксама ўмовы фазавага ўзгаднення асноўнай частаты і рэжыму падваення частаты выкананы.

У эксперыменце мікрананавалакно, падрыхтаванае з дапамогай сістэмы сканавання полымем звужальнага тыпу, мае аднастайную конусную вобласць парадку міліметра, што забяспечвае вялікую нелінейную даўжыню дзеяння для святла накачкі і хвалі другой гармонікі. Нелінейная палярызуемасць другога парадку інтэграванага крышталя селеніду галію перавышае 170 пм/В, што значна вышэй за ўласную нелінейную палярызуемасць аптычнага валакна. Больш за тое, далёкасяжная ўпарадкаваная структура крышталя селеніду галію забяспечвае бесперапынную фазавую інтэрферэнцыю другіх гармонік, даючы поўную перавагу вялікай нелінейнай даўжыні дзеяння ў мікрананавалакне. Што яшчэ больш важна, фазавае ўзгадненне паміж базавай аптычнай модай накачкі (HE11) і модай высокага парадку другой гармонікі (EH11, HE31) рэалізуецца шляхам кіравання дыяметрам конуса, а затым рэгулявання дысперсіі хвалявода падчас падрыхтоўкі мікрананавалакна.

Вышэйзгаданыя ўмовы закладваюць аснову для эфектыўнага і шырокапалоснага ўзбуджэння другіх гармонік у мікра-нанавалакне. Эксперымент паказвае, што выхад другіх гармонік на ўзроўні нанават можа быць дасягнуты пры накачванні пікасекундным імпульсам лазера з даўжынёй хвалі 1550 нм, і другія гармонікі таксама могуць эфектыўна ўзбуджацца пры бесперапыннай накачванні лазера той жа даўжыні хвалі, а парогавая магутнасць складае ўсяго некалькі сотняў мікрават (малюнак 1). Акрамя таго, калі святло накачкі пашыраецца на тры розныя даўжыні хваль бесперапыннага лазера (1270/1550/1590 нм), на кожнай з шасці даўжынь хваль пераўтварэння частаты назіраюцца тры другія гармонікі (2w1, 2w2, 2w3) і тры сігналы сумарнай частаты (w1+w2, w1+w3, w2+w3). Замяніўшы святло накачкі крыніцай святла на аснове ультравыпраменьвальнага святлодыёда (SLED) з паласой прапускання 79,3 нм, генеруецца шырокаспектральная другая гармоніка з паласой прапускання 28,3 нм (малюнак 2). Акрамя таго, калі ў гэтым даследаванні можна будзе выкарыстоўваць тэхналогію хімічнага асаджэння з паравой фазы для замены тэхналогіі сухога пераносу, і на паверхні мікра-нанавалакна на вялікіх адлегласцях можна будзе вырошчваць менш слаёў крышталяў селеніду галію, чакаецца далейшае павышэнне эфектыўнасці пераўтварэння другой гармонікі.

Мал. 1 Сістэма генерацыі другой гармонікі і вынікі ў структуры з цалкам валакна

Малюнак 2. Змешванне некалькіх даўжынь хваль і шырокаспектральныя другія гармонікі пры бесперапыннай аптычнай накачцы