Eccitazione di seconde armoniche in un ampio spettro
Dalla scoperta degli effetti ottici non lineari di secondo ordine negli anni '60, ha suscitato un ampio interesse tra i ricercatori, finora, basandosi sulla seconda armonica e sugli effetti di frequenza, ha prodotto dalla banda dell'ultravioletto estremo a quella dell'infrarosso lontano dilaser, ha promosso notevolmente lo sviluppo del laser,otticoelaborazione delle informazioni, imaging microscopico ad alta risoluzione e altri campi. Secondo non lineareotticaSecondo 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 non simmetrici rispetto all'inversione centrale. Come effetto non lineare di secondo ordine più elementare, le seconde armoniche ostacolano notevolmente la loro generazione e il loro utilizzo efficace nelle fibre di quarzo a causa della forma amorfa e della simmetria dell'inversione centrale. Attualmente, i metodi di polarizzazione (polarizzazione ottica, polarizzazione termica, polarizzazione del campo elettrico) possono distruggere artificialmente la simmetria dell'inversione centrale 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 della fibra ottica basato sul modo della parete di 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 amplificate in una certa misura, ma dipendono ancora dall'impulso di pompa a femtosecondi con potenza di picco molto elevata. Pertanto, la generazione di effetti ottici non lineari di secondo ordine in strutture interamente in fibra e il miglioramento dell'efficienza di conversione, in particolare la generazione di seconde armoniche ad ampio spettro con pompaggio ottico continuo a bassa potenza, sono i problemi fondamentali da risolvere nel campo dell'ottica non lineare e dei dispositivi in fibra, e rivestono un'importante rilevanza scientifica e un ampio valore applicativo.
Un team di ricerca in Cina ha proposto uno schema di integrazione di fase di cristalli di seleniuro di gallio stratificati con micro-nano fibre. Sfruttando l'elevata non linearità di secondo ordine e l'ordine a lungo raggio dei cristalli di seleniuro di gallio, si realizza un processo di eccitazione di seconda armonica ad ampio spettro e di conversione multifrequenza, fornendo una nuova soluzione per il miglioramento dei processi multiparametrici nelle fibre e la preparazione di seconda armonica a banda largasorgenti luminose. L'eccitazione efficiente 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 di secondo ordine e l'ordine a lungo raggio del cristallo di seleniuro di gallio stratificato, e le condizioni di adattamento di fase della frequenza fondamentale e del modo di raddoppio di frequenza sono soddisfatte.
Nell'esperimento, la micro-nano fibra preparata con il sistema di rastrematura a scansione di fiamma presenta una regione conica uniforme dell'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 rispetto alla 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 il vantaggio della grande lunghezza d'azione non lineare nella micro-nano fibra. Ancora più importante, l'adattamento di fase tra il modo ottico di base di pompaggio (HE11) e il modo di ordine superiore della seconda armonica (EH11, HE31) viene realizzato controllando il diametro del cono e regolando la dispersione della guida d'onda durante la preparazione della micro-nano fibra.
Le condizioni sopra descritte pongono le basi per l'eccitazione efficiente e a banda larga delle seconde armoniche in fibre micro-nano. L'esperimento dimostra che è possibile ottenere un'uscita di seconde armoniche a livello di nanowatt con una pompa laser a impulsi di picosecondi a 1550 nm, e che le seconde armoniche possono essere eccitate in modo efficiente anche con una pompa laser continua alla stessa lunghezza d'onda, con una potenza di soglia di poche centinaia di microwatt (Figura 1). Inoltre, estendendo la luce di pompaggio 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) per 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 la tecnologia di deposizione chimica da fase vapore (CVD) potesse essere utilizzata in sostituzione della tecnologia di trasferimento a secco impiegata in questo studio, e se fosse possibile far crescere un numero inferiore di strati di cristalli di seleniuro di gallio sulla superficie della micro-nano fibra su lunghe distanze, si prevede un ulteriore miglioramento dell'efficienza di conversione della seconda armonica.
FIG. 1 Sistema di generazione di seconda armonica e risultati in una struttura interamente in fibra
Figura 2 Miscelazione a più lunghezze d'onda e seconde armoniche ad ampio spettro sotto pompaggio ottico continuo
Data di pubblicazione: 20 maggio 2024