Eccitazione delle seconde armoniche in un ampio spettro
Dalla scoperta degli effetti ottici non lineari di secondo ordine negli anni '60, ha suscitato ampio interesse da parte dei ricercatori, finora, sulla base della seconda armonica e degli effetti di frequenza, ha prodotto dalla banda dell'ultravioletto estremo al lontano infrarosso dilaser, ha notevolmente promosso lo sviluppo del laser,otticoelaborazione delle informazioni, imaging microscopico ad alta risoluzione e altri campi. Secondo non lineareotticae la teoria della polarizzazione, l'effetto ottico non lineare di ordine pari è strettamente correlato alla simmetria cristallina e il coefficiente non lineare non è zero solo nei mezzi simmetrici con inversione non centrale. Essendo l'effetto non lineare di secondo ordine più elementare, le seconde armoniche ostacolano notevolmente la loro generazione e l'uso efficace nella fibra di quarzo a causa della forma amorfa e della simmetria dell'inversione del centro. Allo stato attuale, i metodi di polarizzazione (polarizzazione ottica, polarizzazione termica, polarizzazione del campo elettrico) possono distruggere artificialmente la simmetria dell'inversione del centro materiale della fibra ottica e migliorare efficacemente la non linearità del secondo ordine della fibra ottica. Tuttavia, questo metodo richiede una tecnologia di preparazione complessa ed esigente e può soddisfare le condizioni di adattamento quasi-fase solo a lunghezze d'onda discrete. L'anello risonante della fibra ottica basato sulla modalità echo wall limita l'eccitazione ad ampio spettro delle seconde armoniche. Rompendo la simmetria della struttura superficiale della fibra, le seconde armoniche superficiali nella fibra a struttura speciale vengono aumentate in una certa misura, ma dipendono ancora dall'impulso della pompa a femtosecondi con una potenza di picco molto elevata. Pertanto, la generazione di effetti ottici non lineari del secondo ordine in strutture interamente in fibra e il miglioramento dell'efficienza di conversione, in particolare la generazione di seconde armoniche ad ampio spettro nel pompaggio ottico continuo a bassa potenza, sono i problemi fondamentali che devono essere risolti nel campo delle fibre ottiche e dei dispositivi non lineari e hanno un importante significato scientifico e un ampio valore applicativo.
Un gruppo di ricerca in Cina ha proposto uno schema di integrazione della fase cristallina di seleniuro di gallio stratificato con micro-nano fibra. Sfruttando l'elevata non linearità del secondo ordine e l'ordinamento a lungo raggio dei cristalli di seleniuro di gallio, si realizzano un'eccitazione di seconda armonica ad ampio spettro e un processo di conversione multifrequenza, fornendo una nuova soluzione per il miglioramento dei processi multiparametrici in fibra e la preparazione della banda larga di seconda armonicafonti di luce. L'efficiente eccitazione della seconda armonica e dell'effetto di frequenza somma nello schema dipende principalmente dalle seguenti tre condizioni chiave: la lunga distanza di interazione luce-materia tra il seleniuro di gallio emicro-nano fibra, l'elevata non linearità del secondo ordine e l'ordine a lungo raggio del cristallo di seleniuro di gallio stratificato e le condizioni di corrispondenza di fase della frequenza fondamentale e della modalità di raddoppio della frequenza sono soddisfatte.
Nell'esperimento, la micro-nano fibra preparata dal sistema di rastremazione della scansione della fiamma ha una regione conica uniforme dell'ordine del millimetro, che fornisce una lunga lunghezza d'azione non lineare per la luce della pompa e la seconda onda armonica. La polarizzabilità non lineare del secondo ordine del cristallo di seleniuro di gallio integrato supera 170 pm/V, che è molto più elevata della polarizzabilità non lineare intrinseca della fibra ottica. Inoltre, la struttura ordinata a lungo raggio del cristallo di seleniuro di gallio garantisce la continua interferenza di fase delle seconde armoniche, dando pieno gioco a vantaggio dell'ampia lunghezza d'azione non lineare nella micro-nano fibra. Ancora più importante, la corrispondenza di fase tra la modalità di base ottica di pompaggio (HE11) e la modalità di ordine elevato della seconda armonica (EH11, HE31) viene realizzata controllando il diametro del cono e quindi regolando la dispersione della guida d'onda durante la preparazione della micro-nano fibra.
Le condizioni di cui sopra gettano le basi per l'eccitazione efficiente e a banda larga delle seconde armoniche nella micro-nano fibra. L'esperimento mostra che l'uscita delle seconde armoniche a livello di nanowatt può essere ottenuta sotto la pompa laser a impulsi di picosecondi da 1550 nm, e le seconde armoniche possono anche essere eccitate in modo efficiente sotto la pompa laser continua della stessa lunghezza d'onda, e la potenza di soglia è come fino a diverse centinaia di microwatt (Figura 1). Inoltre, quando la luce della pompa viene estesa a tre diverse lunghezze d'onda del laser continuo (1270/1550/1590 nm), tre armoniche di secondo (2w1, 2w2, 2w3) e tre segnali di frequenza somma (w1+w2, w1+w3, w2+ w3) sono osservati a ciascuna delle sei lunghezze d'onda di conversione di frequenza. Sostituendo la luce della pompa con una sorgente luminosa a diodo a emissione di luce ultraradiante (SLED) con una larghezza di banda di 79,3 nm, viene generata una seconda armonica ad ampio spettro con una larghezza di banda di 28,3 nm (Figura 2). Inoltre, se la tecnologia di deposizione chimica in fase vapore può essere utilizzata per sostituire la tecnologia di trasferimento a secco in questo studio e si possono far crescere meno strati di cristalli di seleniuro di gallio sulla superficie della micro-nano fibra su lunghe distanze, si prevede un'efficienza di conversione della seconda armonica da migliorare ulteriormente.
FICO. 1 Sistema di generazione della seconda armonica e risultati in una struttura interamente in fibra
Figura 2 Miscelazione di più lunghezze d'onda e seconde armoniche ad ampio spettro sotto pompaggio ottico continuo
Orario di pubblicazione: 20 maggio 2024