Otro harmoniku ierosināšana plašā spektrā

Otro harmoniku ierosināšana plašā spektrā

Kopš otrās kārtas nelineāro optisko efektu atklāšanas 20. gs. sešdesmitajos gados tie ir izraisījuši plašu pētnieku interesi, un līdz šim, pamatojoties uz otrās harmonikas un frekvences efektiem, ir iegūti no galējā ultravioletā līdz tālajai infrasarkanajai joslai.lāzeri, ievērojami veicināja lāzera attīstību,optiskaisinformācijas apstrāde, augstas izšķirtspējas mikroskopiskā attēlveidošana un citās jomās. Saskaņā ar nelineārajiemoptikaSaskaņā ar polarizācijas teoriju, pāra kārtas nelineārais optiskais efekts ir cieši saistīts ar kristāla simetriju, un nelineārais koeficients nav nulle tikai necentrālās inversijas simetriskā vidē. Kā visvienkāršākais otrās kārtas nelineārais efekts, otrās harmonikas ievērojami kavē to ģenerēšanu un efektīvu izmantošanu kvarca šķiedrā amorfās formas un centra inversijas simetrijas dēļ. Pašlaik polarizācijas metodes (optiskā polarizācija, termiskā polarizācija, elektriskā lauka polarizācija) var mākslīgi iznīcināt optiskās šķiedras materiāla centra inversijas simetriju un efektīvi uzlabot optiskās šķiedras otrās kārtas nelinearitāti. Tomēr šī metode prasa sarežģītu un prasīgu sagatavošanas tehnoloģiju, un tā var izpildīt kvazi-fāzes saskaņošanas nosacījumus tikai diskrētos viļņu garumos. Optiskās šķiedras rezonanses gredzens, kas balstīts uz atbalss sienas režīmu, ierobežo otrās harmonikas plaša spektra ierosmi. Izjaucot šķiedras virsmas struktūras simetriju, virsmas otrās harmonikas īpašas struktūras šķiedrā zināmā mērā tiek pastiprinātas, taču joprojām ir atkarīgas no femtosekundes sūknēšanas impulsa ar ļoti augstu maksimālo jaudu. Tāpēc otrās kārtas nelineāru optisko efektu ģenerēšana visu šķiedru struktūrās un konversijas efektivitātes uzlabošana, īpaši plaša spektra otrās harmonikas ģenerēšana mazjaudas, nepārtrauktas optiskās sūknēšanas apstākļos, ir pamatproblēmas, kas jārisina nelineārās šķiedru optikas un ierīču jomā, un tām ir svarīga zinātniska nozīme un plaša pielietojuma vērtība.

Ķīnas pētnieku komanda ir ierosinājusi slāņveida gallija selenīda kristāla fāzes integrācijas shēmu ar mikro-nano šķiedru. Izmantojot gallija selenīda kristālu augsto otrās kārtas nelinearitāti un tālas darbības rādiusa sakārtojumu, tiek realizēts plaša spektra otrās harmonikas ierosmes un daudzfrekvenču pārveidošanas process, kas nodrošina jaunu risinājumu daudzparametrisku procesu uzlabošanai šķiedrā un platjoslas otrās harmonikas sagatavošanai.gaismas avotiEfektīvā otrās harmonikas un summas frekvences efekta ierosināšana shēmā galvenokārt ir atkarīga no šādiem trim galvenajiem nosacījumiem: lielais gaismas un matērijas mijiedarbības attālums starp gallija selenīdu unmikro-nanošķiedra, ir izpildīta slāņveida gallija selenīda kristāla augstā otrās kārtas nelinearitāte un tālas darbības rādiusa kārta, kā arī pamata frekvences un frekvences dubultošanas režīma fāzes atbilstības nosacījumi.

Eksperimentā ar liesmas skenēšanas konusveida sistēmu sagatavotajai mikro-nano šķiedrai ir vienmērīgs konusa apgabals milimetru lielumā, kas nodrošina garu nelineāru darbības garumu sūknējošajai gaismai un otrajam harmoniskajam vilnim. Integrētā gallija selenīda kristāla otrās kārtas nelineārā polarizējamība pārsniedz 170 pm/V, kas ir daudz augstāka nekā optiskās šķiedras iekšējā nelineārā polarizējamība. Turklāt gallija selenīda kristāla tālas darbības sakārtotā struktūra nodrošina nepārtrauktu otrās harmonikas fāzes interferenci, pilnībā izmantojot lielā nelineārā darbības garuma priekšrocības mikro-nano šķiedrā. Vēl svarīgāk ir tas, ka fāzes atbilstība starp sūknējošo optisko bāzes režīmu (HE11) un otrās harmonikas augstākās kārtas režīmu (EH11, HE31) tiek panākta, kontrolējot konusa diametru un pēc tam regulējot viļņvada dispersiju mikro-nano šķiedras sagatavošanas laikā.

Iepriekš minētie apstākļi liek pamatu efektīvai un plaša diapazona otrās harmonikas ierosināšanai mikro-nanošķiedrā. Eksperiments parāda, ka otrās harmonikas nanovatu līmenī var tikt panāktas ar 1550 nm pikosekunžu impulsa lāzera pumpi, un otrās harmonikas var tikt efektīvi ierosinātas arī ar nepārtrauktas darbības lāzera pumpi ar tādu pašu viļņa garumu, un sliekšņa jauda ir tikai daži simti mikrovatu (1. attēls). Turklāt, kad pumpas gaisma tiek paplašināta līdz trim dažādiem nepārtrauktas darbības lāzera viļņu garumiem (1270/1550/1590 nm), katrā no sešiem frekvences pārveidošanas viļņu garumiem tiek novērotas trīs otrās harmonikas (2w1, 2w2, 2w3) un trīs summas frekvences signāli (w1+w2, w1+w3, w2+w3). Aizstājot pumpas gaismu ar īpaši starojošu gaismas diodes (SLED) gaismas avotu ar joslas platumu 79,3 nm, tiek ģenerēta plaša spektra otrā harmonika ar joslas platumu 28,3 nm (2. attēls). Turklāt, ja šajā pētījumā sausās pārneses tehnoloģiju var aizstāt ar ķīmiskās tvaiku uzklāšanas tehnoloģiju un uz mikro-nanošķiedras virsmas lielos attālumos var izaudzēt mazāk gallija selenīda kristālu slāņu, paredzams, ka otrās harmonikas konversijas efektivitāte vēl vairāk uzlabosies.

1. attēls. Otrās harmonikas ģenerēšanas sistēma un tās rezultāti pilnībā no šķiedrām veidotā struktūrā

2. attēls. Vairāku viļņu garumu sajaukšana un plaša spektra otrās harmonikas nepārtrauktas optiskās sūknēšanas apstākļos.