Geniş bir spektrumda ikinci harmoniklerin uyarılması
1960'larda ikinci dereceden doğrusal olmayan optik etkilerin keşfinden bu yana, araştırmacıların geniş ilgisini çekmiş, 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 olmayanoptikve 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 olan ikinci harmonikler, amorf formları ve merkez ters simetrileri nedeniyle kuvars fiberde oluşumlarını ve etkin kullanımlarını büyük ölçüde engeller. Şu anda, polarizasyon yöntemleri (optik polarizasyon, termal polarizasyon, elektrik alan polarizasyonu), optik fiberin malzeme merkez ters simetrisini yapay olarak bozabilir ve optik fiberin ikinci mertebeden doğrusal olmayanlığını etkili bir şekilde iyileştirebilir. Ancak, bu yöntem karmaşık ve zorlu bir hazırlama teknolojisi gerektirir ve yalnızca ayrı dalga boylarında yarı faz eşleştirme koşullarını karşılayabilir. Yankı duvar moduna dayalı optik fiber rezonans halkası, ikinci harmoniklerin geniş spektrumlu uyarılmasını sınırlar. Fiberin yüzey yapısının simetrisini kırarak, özel yapı fiberindeki yüzey ikinci harmonikleri bir dereceye kadar güçlendirilir, ancak yine de çok yüksek tepe gücüne sahip femtosaniye pompa darbesine bağlıdır. Dolayısıyla, 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 olmayan yapısı ve uzun menzilli düzenlemesinden yararlanılarak, geniş spektrumlu bir ikinci harmonik uyarma ve çok frekanslı dönüşüm süreci gerçekleştirilerek, fiberde çok parametreli süreçlerin geliştirilmesi ve geniş bantlı ikinci harmoniklerin hazırlanması için yeni bir çözüm sağlandı.ışık kaynaklarıŞemadaki ikinci harmonik ve toplam frekans etkisinin verimli uyarılması esas olarak aşağıdaki üç temel koşula bağlıdır: galyum selenit ve arasındaki uzun ışık-madde etkileşim mesafesimikro-nano fiber, katmanlı galyum selenür kristalinin yüksek ikinci mertebeden doğrusal olmayanlığı ve uzun menzilli düzeni ve temel frekans ve frekans iki katına çıkarma modunun faz eşleştirme koşulları sağlanır.
Deneyde, alev taramalı 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 etki uzunluğu sağlar. Entegre galyum selenid kristalinin ikinci mertebeden doğrusal olmayan polarize edilebilirliği 170 pm/V'yi aşar; bu, optik fiberin içsel doğrusal olmayan polarize edilebilirliğinden çok daha yüksektir. Dahası, galyum selenid kristalinin uzun menzilli düzenli yapısı, ikinci harmoniklerin sürekli faz girişimini sağlayarak mikro-nano fiberdeki büyük doğrusal olmayan etki 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 dispersiyonunun düzenlenmesiyle gerçekleştirilir.
Yukarıdaki koşullar, mikro-nano fiberde ikinci harmoniklerin verimli ve geniş bantlı uyarılmasının temelini oluşturur. Deney, nanowatt seviyesinde ikinci harmonik çıkışının 1550 nm pikosaniye darbeli lazer pompası altında elde edilebileceğini ve aynı dalga boyundaki sürekli lazer pompası altında da ikinci harmoniklerin 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) gözlemlenmektedir. Pompa ışığının yerine 79,3 nm bant genişliğine sahip ultra parlak ışık yayan diyot (SLED) ışık kaynağı kullanılarak, 28,3 nm bant genişliğine sahip geniş spektrumlu bir ikinci harmonik üretilir (Şekil 2). Ayrıca, bu çalışmada kuru transfer teknolojisinin yerine kimyasal buhar biriktirme teknolojisi kullanılabilirse ve uzun mesafelerde mikro-nano fiber yüzeyinde daha az sayıda galyum selenür kristali oluşturulabilirse, ikinci harmonik dönüşüm verimliliğinin daha da artması beklenmektedir.
ŞEKİL 1 İkinci harmonik üretim sistemi ve tüm fiber yapısındaki sonuçlar
Şekil 2 Sürekli optik pompalama altında çok dalga boylu karıştırma ve geniş spektrumlu ikinci harmonikler
Gönderim zamanı: 20 Mayıs 2024