Paggulo ng pangalawang harmonika sa isang malawak na spectrum

Paggulo ng pangalawang harmonika sa isang malawak na spectrum

Simula nang matuklasan ang mga second-order nonlinear optical effect noong dekada 1960, ay pumukaw na ng malawak na interes ng mga mananaliksik, batay sa second harmonic, at mga frequency effect, na nabuo mula sa matinding ultraviolet hanggang sa far infrared band ngmga laser, lubos na nagtaguyod sa pag-unlad ng laser,optikalpagproseso ng impormasyon, high-resolution microscopic imaging at iba pang larangan. Ayon sa nonlinearoptikaat teorya ng polarisasyon, ang even-order nonlinear optical effect ay malapit na nauugnay sa crystal symmetry, at ang nonlinear coefficient ay hindi lamang zero sa non-central inversion symmetric media. Bilang pinakasimpleng second-order nonlinear effect, ang second harmonics ay lubhang nakakahadlang sa kanilang pagbuo at epektibong paggamit sa quartz fiber dahil sa amorphous form at symmetry ng center inversion. Sa kasalukuyan, ang mga pamamaraan ng polarization (optical polarization, thermal polarization, electric field polarization) ay maaaring artipisyal na sirain ang symmetry 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 mahirap na teknolohiya sa paghahanda, at maaari lamang matugunan ang mga kondisyon ng quasi-phase matching sa discrete wavelengths. Ang optical fiber resonant ring batay sa echo wall mode ay naglilimita sa malawak na spectrum excitation ng second harmonics. Sa pamamagitan ng pagsira sa symmetry ng surface structure ng fiber, ang surface second harmonics sa special structure fiber ay pinahuhusay sa isang tiyak na lawak, ngunit umaasa pa rin sa femtosecond pump pulse na may napakataas na peak power. Samakatuwid, ang pagbuo ng mga second-order nonlinear optical effect sa mga all-fiber structure at ang pagpapabuti ng conversion efficiency, lalo na ang pagbuo ng wide-spectrum second harmonics sa low-power, continuous optical pumping, ang mga pangunahing problemang kailangang lutasin sa larangan ng mga nonlinear fiber optic at device, at may mahalagang siyentipikong kahalagahan at malawak na halaga ng aplikasyon.

Isang pangkat ng pananaliksik sa Tsina ang nagpanukala ng isang 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 ordering ng mga gallium selenide crystal, isang wide-spectrum second-harmonic excitation at multi-frequency conversion process ang naisasakatuparan, na nagbibigay ng isang bagong solusyon para sa pagpapahusay ng mga multi-parametric na proseso sa fiber at ang paghahanda ng broadband second-harmonic.mga pinagmumulan ng liwanagAng 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, natutugunan ang mataas na second-order nonlinearity at long-range order ng layered gallium selenide crystal, at ang mga kondisyon ng phase matching ng fundamental frequency at frequency doubling mode.

Sa eksperimento, ang micro-nano fiber na inihanda ng flame scanning tapering system ay may pare-parehong cone region na nasa order ng milimetro, na nagbibigay ng mahabang nonlinear action length para sa pump light at sa second 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 patuloy na phase interference ng second harmonics, na nagbibigay ng buong bentahe sa malaking nonlinear action length sa micro-nano fiber. Higit sa lahat, ang phase matching sa pagitan ng pumping optical base mode (HE11) at ng second harmonic high order mode (EH11, HE31) ay naisasagawa sa pamamagitan ng pagkontrol sa cone diameter at pagkatapos ay pag-regulate sa waveguide dispersion habang inihahanda ang micro-nano fiber.

Ang mga kondisyong nabanggit ang siyang pundasyon para sa mahusay at malawak na banda ng paggulo ng mga pangalawang harmonika sa micro-nano fiber. Ipinapakita ng eksperimento na ang output ng mga pangalawang harmonika sa antas ng nanowatt ay maaaring makamit sa ilalim ng 1550 nm picosecond pulse laser pump, at ang mga pangalawang harmonika ay maaari ring ma-excite nang mahusay sa ilalim ng tuloy-tuloy na laser pump na may parehong wavelength, at ang threshold power ay kasingbaba ng ilang daang microwatts (Larawan 1). Dagdag pa rito, kapag ang ilaw ng bomba ay pinahaba sa tatlong magkakaibang wavelength ng tuloy-tuloy na laser (1270/1550/1590 nm), tatlong pangalawang harmonika (2w1, 2w2, 2w3) at tatlong sum frequency signal (w1+w2, w1+w3, w2+w3) ang naoobserbahan sa bawat isa sa anim na frequency conversion wavelength. Sa pamamagitan ng pagpapalit ng ilaw ng bomba ng isang ultra-radiant light-emitting diode (SLED) light source na may bandwidth na 79.3 nm, isang malawak na spectrum pangalawang harmonika na may bandwidth na 28.3 nm ang nabubuo (Larawan 2). Bukod pa rito, kung magagamit ang teknolohiya ng chemical vapor deposition upang palitan ang teknolohiya ng dry transfer sa pag-aaral na ito, at mas kaunting patong ng gallium selenide crystals ang maaaring tumubo sa ibabaw ng micro-nano fiber sa malalayong distansya, inaasahang mas mapapabuti pa ang kahusayan ng second harmonic conversion.

FIG. 1 Pangalawang sistema ng pagbuo ng harmoniko at nagreresulta sa istrukturang all-fiber

Pigura 2 Paghahalo ng multi-wavelength at wide-spectrum second harmonics sa ilalim ng tuluy-tuloy na optical pumping