Geniş bir spektrumda ikinci harmoniklerin uyarılması

Geniş bir spektrumda ikinci harmoniklerin uyarılması

1960'larda ikinci dereceden doğrusal olmayan optik etkilerin keşfinden bu yana, araştırmacıların geniş ilgisini çekmiş olup, şimdiye kadar, ikinci harmonik ve frekans etkilerine dayalı olarak, aşırı morötesi banttan uzak kızılötesi banta kadar üretilmiştir.lazerler, lazerin gelişimini büyük ölçüde destekledi,optikbilgi işleme, yüksek çözünürlüklü mikroskobik görüntüleme ve diğer alanlar. Doğrusal olmayanlara göreoptikve polarizasyon teorisinde, çift mertebeden doğrusal olmayan optik etki kristal simetrisiyle yakından ilişkilidir ve doğrusal olmayan katsayı yalnızca merkezi olmayan ters simetrik ortamlarda sıfır değildir. En temel ikinci mertebeden doğrusal olmayan etki olarak, ikinci harmonikler amorf form ve merkez ters simetrisi nedeniyle kuvars elyafında bunların oluşumunu ve etkili kullanımını büyük ölçüde engeller. Şu anda, polarizasyon yöntemleri (optik polarizasyon, termal polarizasyon, elektrik alan polarizasyonu) optik elyafın malzeme merkez ters simetrisini yapay olarak yok edebilir ve optik elyafın ikinci mertebeden doğrusal olmayanlığını etkili bir şekilde iyileştirebilir. Ancak, bu yöntem karmaşık ve zorlu hazırlama teknolojisi gerektirir ve yalnızca ayrı dalga boylarında yarı faz eşleştirme koşullarını karşılayabilir. Yankı duvar moduna dayanan optik elyaf rezonans halkası, ikinci harmoniklerin geniş spektrumlu uyarılmasını sınırlar. Elyafın yüzey yapısının simetrisini kırarak, özel yapı elyafındaki yüzey ikinci harmonikleri belirli bir ölçüde güçlendirilir, ancak yine de çok yüksek tepe gücüne sahip femtosaniye pompa darbesine bağlıdır. Bu nedenle, tüm fiber yapılarda ikinci dereceden doğrusal olmayan optik etkilerin üretilmesi ve özellikle düşük güçlü, sürekli optik pompalamada geniş spektrumlu ikinci harmoniklerin üretilmesi olmak üzere dönüşüm verimliliğinin iyileştirilmesi, doğrusal olmayan fiber optik ve cihazlar alanında çözülmesi gereken temel problemlerdir ve önemli bilimsel öneme ve geniş uygulama değerine sahiptir.

Çin'deki bir araştırma ekibi, mikro-nano fiber ile katmanlı bir galyum selenit kristal faz entegrasyon şeması önerdi. Galyum selenit kristallerinin yüksek ikinci dereceden doğrusal olmayanlığından ve uzun menzilli düzenlenmesinden yararlanılarak, geniş spektrumlu ikinci harmonik uyarım ve çoklu frekans dönüşüm süreci gerçekleştirilerek, fiberde çok parametreli süreçlerin geliştirilmesi ve geniş bantlı ikinci harmoniklerin hazırlanması için yeni bir çözüm sağlandıışık kaynaklarıŞemadaki ikinci harmonik ve toplam frekans etkisinin etkili bir şekilde uyarılması esas olarak aşağıdaki üç temel koşula bağlıdır: galyum selenid ve arasındaki uzun ışık-madde etkileşim mesafesimikro-nano fiber, katmanlı galyum selenid kristalinin yüksek ikinci dereceden doğrusal olmayanlığı ve uzun menzilli düzeni ve temel frekans ve frekans iki katına çıkarma modunun faz eşleştirme koşulları sağlanmaktadır.

Deneyde, alev tarama konikleştirme sistemiyle hazırlanan mikro-nano fiber, milimetre mertebesinde düzgün bir koni bölgesine sahiptir ve bu da pompa ışığı ve ikinci harmonik dalga için uzun bir doğrusal olmayan eylem uzunluğu sağlar. Entegre galyum selenid kristalinin ikinci dereceden doğrusal olmayan polarize edilebilirliği, optik fiberin içsel doğrusal olmayan polarize edilebilirliğinden çok daha yüksek olan 170 pm/V'yi aşar. Dahası, galyum selenid kristalinin uzun menzilli düzenli yapısı, ikinci harmoniklerin sürekli faz girişimini sağlayarak mikro-nano fiberdeki büyük doğrusal olmayan eylem uzunluğunun avantajına tam olarak yer verir. Daha da önemlisi, pompalama optik taban modu (HE11) ile ikinci harmonik yüksek mertebeden mod (EH11, HE31) arasındaki faz uyumu, koni çapının kontrol edilmesi ve ardından mikro-nano fiberin hazırlanması sırasında dalga kılavuzu dağılımının düzenlenmesiyle gerçekleştirilir.

Yukarıdaki koşullar, mikro-nano fiberde ikinci harmoniklerin verimli ve geniş bantlı uyarılmasının temelini oluşturur. Deney, nanowatt seviyesindeki ikinci harmoniklerin çıktısının 1550 nm pikosaniye darbeli lazer pompası altında elde edilebileceğini ve ikinci harmoniklerin aynı dalga boyundaki sürekli lazer pompası altında da verimli bir şekilde uyarılabileceğini ve eşik gücünün birkaç yüz mikrowatt kadar düşük olduğunu göstermektedir (Şekil 1). Ayrıca, pompa ışığı sürekli lazerin üç farklı dalga boyuna (1270/1550/1590 nm) uzatıldığında, altı frekans dönüşüm dalga boyunun her birinde üç ikinci harmonik (2w1, 2w2, 2w3) ve üç toplam frekans sinyali (w1+w2, w1+w3, w2+w3) gözlemlenir. Pompa ışığını 79,3 nm bant genişliğine sahip ultra-radyant ışık yayan diyot (SLED) ışık kaynağıyla değiştirerek, 28,3 nm bant genişliğine sahip geniş spektrumlu ikinci bir harmonik üretilir (Şekil 2). Ayrıca, bu çalışmada kuru transfer teknolojisinin yerini kimyasal buhar biriktirme teknolojisi alabilirse ve uzun mesafelerde mikro-nano fiberin yüzeyinde daha az sayıda galyum selenit kristali yetiştirilebilirse, ikinci harmonik dönüşüm verimliliğinin daha da iyileştirilmesi beklenmektedir.

ŞEKİL 1 İkinci harmonik üretim sistemi ve tüm fiber yapıdaki sonuçlar

Şekil 2 Sürekli optik pompalama altında çok dalga boylu karıştırma ve geniş spektrumlu ikinci harmonikler