Paggulo ng pangalawang harmonika sa isang malawak na spectrum

Paggulo ng pangalawang harmonika sa isang malawak na spectrum

Mula nang matuklasan ang second-order nonlinear optical effects noong 1960s, ay pumukaw ng malawak na interes ng mga mananaliksik, sa ngayon, batay sa pangalawang harmonic, at frequency effect, ay nakagawa mula sa matinding ultraviolet hanggang sa malayong infrared na banda ngmga laser, lubos na na-promote ang pag-unlad ng laser,opticalpagproseso ng impormasyon, high-resolution na microscopic imaging at iba pang larangan. Ayon sa nonlinearoptikaat teorya ng polariseysyon, ang even-order na nonlinear optical effect ay malapit na nauugnay sa crystal symmetry, at ang nonlinear coefficient ay hindi zero lamang sa non-central inversion symmetric media. Bilang ang pinaka-basic na pangalawang-order na nonlinear na epekto, ang pangalawang harmonics ay lubos na humahadlang sa kanilang henerasyon at epektibong paggamit sa quartz fiber dahil sa amorphous na anyo at ang symmetry ng center inversion. Sa kasalukuyan, ang mga pamamaraan ng polariseysyon (optical polarization, thermal polarization, electric field polarization) ay maaaring artipisyal na sirain ang simetrya ng material center inversion ng optical fiber, at epektibong mapabuti ang second-order nonlinearity ng optical fiber. Gayunpaman, ang pamamaraang ito ay nangangailangan ng kumplikado at hinihingi na teknolohiya sa paghahanda, at maaari lamang matugunan ang mga kondisyon ng pagtutugma ng quasi-phase sa mga discrete wavelength. Ang optical fiber resonant ring batay sa echo wall mode ay nililimitahan ang malawak na spectrum excitation ng second harmonics. Sa pamamagitan ng paglabag sa mahusay na proporsyon ng ibabaw na istraktura ng hibla, ang ibabaw pangalawang harmonika sa mga espesyal na istraktura hibla ay pinahusay sa isang tiyak na lawak, ngunit pa rin ay nakasalalay sa femtosecond pump pulse na may napakataas na peak power. Samakatuwid, ang pagbuo ng second-order nonlinear optical effects sa all-fiber structures at ang pagpapabuti ng conversion efficiency, lalo na ang pagbuo ng wide-spectrum second harmonics sa low-power, tuluy-tuloy na optical pumping, ang mga pangunahing problema na kailangang lutasin. sa larangan ng nonlinear fiber optics at mga aparato, at may mahalagang pang-agham na kahalagahan at malawak na halaga ng aplikasyon.

Isang research team sa China ang nagmungkahi ng layered gallium selenide crystal phase integration scheme na may micro-nano fiber. Sa pamamagitan ng pagsasamantala sa mataas na second-order nonlinearity at long-range na pag-order ng gallium selenide crystals, isang malawak na spectrum na second-harmonic excitation at multi-frequency na proseso ng conversion ay naisasakatuparan, na nagbibigay ng bagong solusyon para sa pagpapahusay ng mga multi-parametric na proseso sa fiber at ang paghahanda ng broadband second-harmonicilaw na pinagmumulan. Ang mahusay na paggulo ng pangalawang harmonic at sum frequency effect sa scheme ay pangunahing nakasalalay sa sumusunod na tatlong pangunahing kondisyon: ang mahabang distansya ng interaksyon ng light-matter sa pagitan ng gallium selenide atmicro-nano fiber, ang mataas na second-order na nonlinearity at long-range na pagkakasunud-sunod ng layered gallium selenide crystal, at ang phase matching condition ng basic frequency at frequency doubling mode ay nasiyahan.

Sa eksperimento, ang micro-nano fiber na inihanda ng flame scanning tapering system ay may pare-parehong cone region sa pagkakasunud-sunod ng millimeter, na nagbibigay ng mahabang nonlinear na haba ng pagkilos para sa pump light at ang pangalawang harmonic wave. Ang second-order nonlinear polarizability ng integrated gallium selenide crystal ay lumampas sa 170 pm/V, na mas mataas kaysa sa intrinsic nonlinear polarizability ng optical fiber. Bukod dito, tinitiyak ng long-range ordered structure ng gallium selenide crystal ang tuluy-tuloy na phase interference ng ikalawang harmonics, na nagbibigay ng buong laro sa kalamangan ng malaking nonlinear na haba ng pagkilos sa micro-nano fiber. Higit sa lahat, ang pagtutugma ng phase sa pagitan ng pumping optical base mode (HE11) at ang pangalawang harmonic high order mode (EH11, HE31) ay natanto sa pamamagitan ng pagkontrol sa cone diameter at pagkatapos ay kinokontrol ang waveguide dispersion sa panahon ng paghahanda ng micro-nano fiber.

Ang mga kondisyon sa itaas ay naglatag ng pundasyon para sa mahusay at malawak na banda na paggulo ng mga pangalawang harmonika sa micro-nano fiber. Ang eksperimento ay nagpapakita na ang output ng pangalawang harmonics sa antas ng nanowatt ay maaaring makamit sa ilalim ng 1550 nm picosecond pulse laser pump, at ang pangalawang harmonics ay maaari ding ma-excite nang mahusay sa ilalim ng tuloy-tuloy na laser pump ng parehong wavelength, at ang threshold power ay bilang mababa sa ilang daang microwatts (Larawan 1). Dagdag pa, kapag ang pump light ay pinalawak sa tatlong magkakaibang wavelength ng tuloy-tuloy na laser (1270/1550/1590 nm), tatlong segundong harmonics (2w1, 2w2, 2w3) at tatlong sum frequency signal (w1+w2, w1+w3, w2+ w3) ay sinusunod sa bawat isa sa anim na frequency conversion wavelength. Sa pamamagitan ng pagpapalit ng pump light ng isang ultra-radiant light-emitting diode (SLED) light source na may bandwidth na 79.3 nm, ang isang wide-spectrum second harmonic na may bandwidth na 28.3 nm ay nabuo (Larawan 2). Bilang karagdagan, kung ang teknolohiya ng pag-deposito ng singaw ng kemikal ay maaaring gamitin upang palitan ang teknolohiya ng dry transfer sa pag-aaral na ito, at mas kaunting mga layer ng gallium selenide crystals ang maaaring lumaki sa ibabaw ng micro-nano fiber sa malalayong distansya, inaasahan ang pangalawang harmonic conversion na kahusayan. para pagbutihin pa.

FIG. 1 Pangalawang harmonic generation system at nagreresulta sa all-fiber na istraktura

Figure 2 Multi-wavelength mixing at wide-spectrum second harmonics sa ilalim ng tuloy-tuloy na optical pumping