Antrųjų harmonikų sužadinimas plačiame spektre

Antrųjų harmonikų sužadinimas plačiame spektre

Nuo antros eilės netiesinių optinių efektų atradimo septintajame dešimtmetyje, jie sukėlė didelį tyrėjų susidomėjimą, iki šiol, remdamiesi antrosios harmonikos ir dažnio efektais, sukūrė nuo ekstremalaus ultravioletinio iki tolimojo infraraudonojo spektro diapazoną.lazeriai, labai paskatino lazerių vystymąsi,optinisinformacijos apdorojimo, didelės skiriamosios gebos mikroskopinio vaizdavimo ir kitose srityse. Pagal netiesinįoptikaPagal poliarizacijos teoriją, lyginės eilės netiesinis optinis efektas yra glaudžiai susijęs su kristalo simetrija, o netiesinis koeficientas nėra lygus nuliui tik necentrinės inversijos simetriškose terpėse. Antrosios harmonikos, kaip pats pagrindinis antros eilės netiesinis efektas, labai trukdo jų generavimui ir efektyviam naudojimui kvarco pluošte dėl amorfinės formos ir centro inversijos simetrijos. Šiuo metu poliarizacijos metodai (optinė poliarizacija, terminė poliarizacija, elektrinio lauko poliarizacija) gali dirbtinai sunaikinti optinio pluošto medžiagos centro inversijos simetriją ir efektyviai pagerinti optinio pluošto antros eilės netiesiškumą. Tačiau šiam metodui reikalinga sudėtinga ir reikliai paruošta technologija, ir jis gali atitikti kvazi-fazės atitikimo sąlygas tik esant diskretiesiems bangos ilgiams. Optinio pluošto rezonansinis žiedas, pagrįstas aido sienelės režimu, riboja plataus spektro antrųjų harmonikų sužadinimą. Sulaužant pluošto paviršiaus struktūros simetriją, specialios struktūros pluošte paviršiaus antrosios harmonikos tam tikru mastu sustiprėja, tačiau vis tiek priklauso nuo femtosekundinio siurblio impulso, kurio maksimali galia yra labai didelė. Todėl antros eilės netiesinių optinių efektų generavimas visose skaidulose ir konversijos efektyvumo gerinimas, ypač plataus spektro antrųjų harmonikų generavimas mažos galios, nuolatiniame optiniame pumpavime, yra pagrindinės problemos, kurias reikia išspręsti netiesinės skaidulinės optikos ir įrenginių srityje, ir turinčios svarbią mokslinę reikšmę bei plačią taikymo vertę.

Kinijos tyrimų komanda pasiūlė sluoksniuotos galio selenido kristalų fazės integravimo schemą su mikro-nano pluoštu. Pasinaudojant galio selenido kristalų dideliu antros eilės netiesiškumu ir tolimojo nuotolio tvarka, realizuojamas plataus spektro antrosios harmonikos sužadinimo ir daugiadažnio konvertavimo procesas, suteikiantis naują sprendimą daugiaparametriniams procesams pluošte gerinti ir plačiajuosčio antrosios harmonikos paruošimui.šviesos šaltiniaiEfektyvus antrosios harmonikos ir suminio dažnio efekto sužadinimas schemoje daugiausia priklauso nuo šių trijų pagrindinių sąlygų: ilgo šviesos ir medžiagos sąveikos atstumo tarp galio selenido irmikro-nano pluoštas, tenkinamos sluoksniuoto galio selenido kristalo aukštas antros eilės netiesiškumas ir ilgojo nuotolio tvarka, taip pat pagrindinio dažnio ir dažnio dvigubinimo režimo fazių atitikimo sąlygos.

Eksperimento metu liepsnos skenavimo siaurėjančia sistema paruoštas mikro-nano pluoštas turi vienodą kūgio sritį, kurios dydis yra milimetrai, o tai užtikrina ilgą netiesinį veikimo ilgį kaupinimo šviesai ir antrajai harmonikai. Integruoto galio selenido kristalo antros eilės netiesinis poliarizuotumas viršija 170 pm/V, o tai yra daug daugiau nei vidinis netiesinis optinio pluošto poliarizuotumas. Be to, ilgo nuotolio tvarkinga galio selenido kristalo struktūra užtikrina nuolatinę antrųjų harmonikų fazių interferenciją, suteikdama visapusišką pranašumą dėl didelio netiesinio veikimo ilgio mikro-nano pluošte. Dar svarbiau, kad fazės atitikimas tarp kaupinimo optinio bazinio režimo (HE11) ir antrosios harmonikos aukštojo režimo (EH11, HE31) realizuojamas kontroliuojant kūgio skersmenį ir reguliuojant bangolaidžio dispersiją mikro-nano pluošto gamybos metu.

Šios sąlygos sudaro pagrindą efektyviam ir plataus diapazono antrųjų harmonikų sužadinimui mikro-nano pluošte. Eksperimentas rodo, kad naudojant 1550 nm pikosekundinių impulsų lazerinį kaupinimą galima pasiekti nanovatų lygio antrųjų harmonikų išvestį, o naudojant to paties bangos ilgio nuolatinį lazerinį kaupinimą, antrosios harmonikos taip pat gali būti efektyviai sužadinamos, o slenkstinė galia siekia vos kelis šimtus mikrovatų (1 pav.). Be to, kai kaupinimo šviesa plečiama iki trijų skirtingų nuolatinio lazerio bangos ilgių (1270/1550/1590 nm), kiekviename iš šešių dažnio konversijos bangos ilgių stebimos trys antrosios harmonikos (2w1, 2w2, 2w3) ir trys suminio dažnio signalai (w1+w2, w1+w3, w2+w3). Pakeitus kaupinimo šviesą itin ryškiu šviesos diodų (SLED) šviesos šaltiniu, kurio pralaidumas yra 79,3 nm, generuojama plataus spektro antroji harmonika, kurios pralaidumas yra 28,3 nm (2 pav.). Be to, jei šiame tyrime cheminio garų nusodinimo technologija gali būti panaudota sausojo perdavimo technologijai pakeisti ir dideliais atstumais ant mikro-nano pluošto paviršiaus galima užauginti mažiau galio selenido kristalų sluoksnių, tikimasi, kad antrosios harmonikos konversijos efektyvumas dar labiau pagerės.

1 pav. Antrosios harmonikos generavimo sistema ir jos rezultatai vienpluoštėje struktūroje

2 pav. Daugiabangis maišymas ir plataus spektro antrosios harmonikos esant nuolatiniam optiniam pumpavimui