Eccitazione delle seconde armoniche in un ampio spettro
Sin dalla scoperta degli effetti ottici non lineari di secondo ordine negli anni '60, ha suscitato un vasto interesse da parte dei ricercatori, finora, sulla base della seconda armonica e degli effetti di frequenza, ha prodotto dall'ultravioletto estremo alla banda dell'infrarosso lontanolaser, ha promosso notevolmente lo sviluppo del laser,otticoelaborazione delle informazioni, imaging microscopico ad alta risoluzione e altri campi. Secondo modelli non lineariotticae 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 nullo solo nei mezzi con simmetria di inversione non centrale. Essendo l'effetto non lineare di secondo ordine più elementare, le seconde armoniche ne ostacolano notevolmente la generazione e l'utilizzo efficace nelle fibre di quarzo a causa della forma amorfa e della simmetria dell'inversione del centro. Attualmente, i metodi di polarizzazione (polarizzazione ottica, polarizzazione termica, polarizzazione del campo elettrico) possono distruggere artificialmente la simmetria dell'inversione del centro del materiale della fibra ottica e migliorare efficacemente la non linearità di secondo ordine della fibra ottica. Tuttavia, questo metodo richiede una tecnologia di preparazione complessa e impegnativa e può soddisfare le condizioni di quasi-adattamento di fase solo a lunghezze d'onda discrete. L'anello risonante in fibra ottica basato sulla modalità a parete d'eco limita l'eccitazione ad ampio spettro delle seconde armoniche. Rompendo la simmetria della struttura superficiale della fibra, le seconde armoniche superficiali nella fibra con struttura speciale vengono migliorate in una certa misura, ma dipendono ancora dall'impulso di pompaggio a femtosecondi con 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 da risolvere nel campo della fibra ottica e dei dispositivi non lineari, e rivestono un'importante importanza scientifica e un ampio valore applicativo.
Un team di ricerca cinese ha proposto uno schema di integrazione di fase cristallina di seleniuro di gallio a strati con micro-nanofibre. Sfruttando l'elevata non linearità del secondo ordine e l'ordinamento a lungo raggio dei cristalli di seleniuro di gallio, si realizza un processo di eccitazione della seconda armonica ad ampio spettro e di conversione multifrequenza, fornendo una nuova soluzione per il miglioramento dei processi multiparametrici in fibra e la preparazione di segnali di seconda armonica a banda larga.fonti di luceL'eccitazione efficiente della seconda armonica e dell'effetto della frequenza di 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, nonché le condizioni di adattamento di fase della frequenza fondamentale e della modalità di raddoppio della frequenza sono soddisfatte.
Nell'esperimento, la micro-nanofibra preparata dal sistema di rastremazione a scansione di fiamma presenta una regione conica uniforme nell'ordine del millimetro, che fornisce una lunga lunghezza d'azione non lineare per la luce di pompaggio e l'onda di seconda armonica. La polarizzabilità non lineare di secondo ordine del cristallo di seleniuro di gallio integrato supera i 170 pm/V, un valore molto più elevato della polarizzabilità non lineare intrinseca della fibra ottica. Inoltre, la struttura ordinata a lungo raggio del cristallo di seleniuro di gallio garantisce l'interferenza di fase continua delle seconde armoniche, sfruttando appieno i vantaggi dell'ampia lunghezza d'azione non lineare nella micro-nanofibra. Ancora più importante, l'adattamento di fase tra la modalità base ottica di pompaggio (HE11) e la modalità di ordine superiore della seconda armonica (EH11, HE31) viene ottenuto controllando il diametro del cono e regolando la dispersione della guida d'onda durante la preparazione della micro-nanofibra.
Le condizioni sopra descritte pongono le basi per l'eccitazione efficiente e a banda larga delle seconde armoniche in micro-nanofibre. L'esperimento dimostra che l'uscita delle seconde armoniche a livello di nanowatt può essere ottenuta con il pompaggio laser a impulsi a picosecondi da 1550 nm, e che le seconde armoniche possono essere eccitate efficientemente anche con il pompaggio laser continuo della stessa lunghezza d'onda, con una potenza di soglia di appena diverse centinaia di microwatt (Figura 1). Inoltre, quando la luce di pompaggio viene estesa a tre diverse lunghezze d'onda del laser continuo (1270/1550/1590 nm), si osservano tre seconde armoniche (2w1, 2w2, 2w3) e tre segnali di somma di frequenza (w1+w2, w1+w3, w2+w3) a ciascuna delle sei lunghezze d'onda di conversione di frequenza. Sostituendo la luce di pompaggio con una sorgente luminosa a diodo a emissione di luce ultra-radiante (SLED) con una larghezza di banda di 79,3 nm, si genera una seconda armonica ad ampio spettro con una larghezza di banda di 28,3 nm (Figura 2). Inoltre, se in questo studio si potesse utilizzare la tecnologia di deposizione chimica da vapore per sostituire la tecnologia di trasferimento a secco e si potessero coltivare meno strati di cristalli di seleniuro di gallio sulla superficie della micro-nanofibra su lunghe distanze, si prevede un ulteriore miglioramento dell'efficienza di conversione della seconda armonica.
FIG. 1 Sistema di generazione della seconda armonica e risultati in una struttura interamente in fibra
Figura 2 Miscelazione multi-lunghezza d'onda e seconde armoniche ad ampio spettro sotto pompaggio ottico continuo
Data di pubblicazione: 20 maggio 2024