Geniş bir spektrumda ikinci harmoniklerin uyarılması
1960'larda ikinci dereceden doğrusal olmayan optik etkilerin keşfedilmesinden bu yana, araştırmacıların geniş ilgisini çekmiştir ve bugüne kadar, ikinci harmonik ve frekans etkilerine dayanarak, aşırı ultraviyoleden uzak kızılötesi banda kadar çeşitli spektrumlarda optik sistemler üretilmiştir.lazerlerLazer teknolojisinin gelişimini büyük ölçüde destekledi.optikBilgi işleme, yüksek çözünürlüklü mikroskobik görüntüleme ve diğer alanlar. Doğrusal olmayan yaklaşıma göreoptikPolarizasyon teorisine göre, çift dereceli doğrusal olmayan optik etki kristal simetrisiyle yakından ilişkilidir ve doğrusal olmayan katsayı yalnızca merkez simetrisi olmayan ortamlarda sıfır değildir. En temel ikinci dereceli doğrusal olmayan etki olarak, ikinci harmonikler, amorf yapısı ve merkez simetrisi nedeniyle kuvars fiberde üretilmelerini ve etkili kullanımlarını büyük ölçüde engellemektedir. Şu anda, polarizasyon yöntemleri (optik polarizasyon, termal polarizasyon, elektrik alan polarizasyonu) optik fiberin malzeme merkez simetrisini yapay olarak bozabilir ve optik fiberin ikinci dereceli doğrusal olmama özelliğini etkili bir şekilde iyileştirebilir. Bununla birlikte, bu yöntem karmaşık ve zorlu bir hazırlık teknolojisi gerektirir ve yalnızca ayrık dalga boylarında yarı faz eşleşme koşullarını karşılayabilir. Yankı duvarı moduna dayalı optik fiber rezonans halkası, ikinci harmoniklerin geniş spektrumlu uyarımını sınırlandırır. Fiberin yüzey yapısının simetrisini bozarak, özel yapı fiberindeki yüzey ikinci harmonikleri belirli bir ölçüde artırılır, ancak yine de çok yüksek tepe gücüne sahip femtosaniye pompa darbesine bağlıdır. Bu nedenle, tüm fiber optik yapılarda ikinci dereceden doğrusal olmayan optik etkilerin üretilmesi ve dönüşüm verimliliğinin iyileştirilmesi, özellikle düşük güçlü, sürekli optik pompalama ile geniş spektrumlu ikinci harmoniklerin üretilmesi, doğrusal olmayan fiber optik ve cihazlar alanında çözülmesi gereken temel sorunlardır ve önemli bilimsel öneme ve geniş uygulama değerine sahiptir.
Çin'deki bir araştırma ekibi, mikro-nano fiber ile katmanlı galyum selenit kristal faz entegrasyon şeması önerdi. Galyum selenit kristallerinin yüksek ikinci dereceden doğrusal olmayan özelliğinden ve uzun menzilli düzeninden yararlanılarak, geniş spektrumlu ikinci harmonik uyarımı ve çok frekanslı dönüşüm süreci gerçekleştirildi; bu da fiberdeki çok parametreli süreçlerin iyileştirilmesi ve geniş bantlı ikinci harmonik üretimi için yeni bir çözüm sunuyor.ışık kaynaklarıŞemadaki ikinci harmonik ve toplam frekans etkisinin verimli bir şekilde uyarılması esas olarak aşağıdaki üç temel koşula bağlıdır: galyum selenit ile ışık-madde etkileşiminin uzun mesafesi.mikro-nano elyafKatmanlı galyum selenit kristalinin yüksek ikinci dereceden doğrusal olmayan özelliği ve uzun menzilli düzeni ile temel frekans ve frekans ikiye katlama modunun faz eşleşme koşulları sağlanmaktadır.
Deneyde, alev taramalı inceltme sistemiyle hazırlanan mikro-nano fiber, milimetre mertebesinde düzgün bir koni bölgesine sahiptir; bu da pompa ışığı ve ikinci harmonik dalga için uzun bir doğrusal olmayan etki uzunluğu sağlar. Entegre galyum selenit kristalinin ikinci dereceden doğrusal olmayan polarize edilebilirliği 170 pm/V'yi aşmaktadır; bu da optik fiberin içsel doğrusal olmayan polarize edilebilirliğinden çok daha yüksektir. Dahası, galyum selenit kristalinin uzun menzilli düzenli yapısı, ikinci harmoniklerin sürekli faz girişimini sağlayarak mikro-nano fiberdeki büyük doğrusal olmayan etki uzunluğunun avantajından tam olarak yararlanılmasını sağlar. Daha da önemlisi, mikro-nano fiberin hazırlanması sırasında koni çapının kontrol edilmesi ve ardından dalga kılavuzu dağılımının düzenlenmesiyle pompa optik taban modu (HE11) ile ikinci harmonik yüksek dereceli mod (EH11, HE31) arasındaki faz eşleşmesi gerçekleştirilir.
Yukarıdaki koşullar, mikro-nano fiberde ikinci harmoniklerin verimli ve geniş bantlı uyarılması için temel oluşturmaktadır. Deney, 1550 nm pikosaniyelik darbe lazer pompası altında nanovat seviyesinde ikinci harmonik çıkışının elde edilebileceğini ve aynı dalga boyundaki sürekli lazer pompası altında da ikinci harmoniklerin verimli bir şekilde uyarılabilir olduğunu ve eşik gücünün birkaç yüz mikrovat kadar düşük olduğunu göstermektedir (Şekil 1). Ayrıca, pompa ışığı üç farklı sürekli lazer dalga boyuna (1270/1550/1590 nm) genişletildiğinde, 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 ışığının 79,3 nm bant genişliğine sahip ultra parlak ışık yayan diyot (SLED) ışık kaynağıyla değiştirilmesiyle, 28,3 nm bant genişliğine sahip geniş spektrumlu ikinci harmonik üretilir (Şekil 2). Ek olarak, bu çalışmada kuru transfer teknolojisinin yerine kimyasal buhar biriktirme teknolojisi kullanılırsa ve uzun mesafelerde mikro-nano fiber yüzeyinde daha az sayıda galyum selenit kristali tabakası yetiştirilebilirse, ikinci harmonik dönüşüm verimliliğinin daha da iyileştirilmesi beklenmektedir.
ŞEKİL 1. İkinci harmonik üretim sistemi ve tamamen fiber optik yapıdaki sonuçlar.
Şekil 2. Sürekli optik pompalama altında çok dalga boylu karışım ve geniş spektrumlu ikinci harmonikler.
Yayın tarihi: 20 Mayıs 2024