Excitação de segundos harmônicos em um amplo espectro

Excitação de segundos harmônicos em um amplo espectro

Desde a descoberta dos efeitos ópticos não lineares de segunda ordem na década de 1960, o interesse dos pesquisadores tem crescido consideravelmente. Até o momento, estudos baseados no segundo harmônico e em efeitos de frequência têm sido realizados desde o ultravioleta extremo até o infravermelho distante.lasers, promoveu grandemente o desenvolvimento do laser,ópticoprocessamento de informações, imagens microscópicas de alta resolução e outras áreas. De acordo com a não linearidadeópticaNa teoria da polarização, o efeito óptico não linear de ordem par está intimamente relacionado à simetria cristalina, e o coeficiente não linear só não é zero em meios sem simetria de inversão central. Como o efeito não linear de segunda ordem mais básico, os segundos harmônicos têm sua geração e uso efetivo significativamente dificultados em fibras de quartzo devido à sua forma amorfa e à simetria de inversão central. Atualmente, os métodos de polarização (polarização óptica, polarização térmica, polarização por campo elétrico) podem destruir artificialmente a simetria de inversão central do material da fibra óptica e melhorar efetivamente a não linearidade de segunda ordem da fibra. No entanto, esse método requer tecnologia de preparação complexa e exigente, e só consegue atender às condições de quase-casamento de fase em comprimentos de onda discretos. O anel ressonante da fibra óptica baseado no modo de parede de eco limita a excitação de segundos harmônicos em amplo espectro. Ao quebrar a simetria da estrutura da superfície da fibra, os segundos harmônicos de superfície na fibra com estrutura especial são amplificados até certo ponto, mas ainda dependem de pulsos de bombeamento de femtosegundos com potência de pico muito alta. Portanto, a geração de efeitos ópticos não lineares de segunda ordem em estruturas totalmente de fibra e a melhoria da eficiência de conversão, especialmente a geração de segundos harmônicos de amplo espectro em bombeamento óptico contínuo de baixa potência, são os problemas básicos que precisam ser resolvidos no campo da óptica e dispositivos de fibra não lineares, e têm importante significado científico e amplo valor de aplicação.

Uma equipe de pesquisa na China propôs um esquema de integração de fases cristalinas de seleneto de gálio em camadas com micro e nanofibras. Ao aproveitar a alta não linearidade de segunda ordem e a ordenação de longo alcance dos cristais de seleneto de gálio, um processo de excitação de segundo harmônico de amplo espectro e conversão multifrequencial é realizado, fornecendo uma nova solução para o aprimoramento de processos multiparamétricos em fibras e a preparação de segundo harmônico de banda larga.fontes de luzA excitação eficiente do segundo harmônico e do efeito de frequência de soma no esquema depende principalmente das seguintes três condições-chave: a longa distância de interação luz-matéria entre o seleneto de gálio emicro-nanofibra, a elevada não linearidade de segunda ordem e a ordem de longo alcance do cristal de seleneto de gálio em camadas, e as condições de correspondência de fase da frequência fundamental e do modo de duplicação de frequência são satisfeitas.

No experimento, a microfibra/nanofibra preparada pelo sistema de afilamento por varredura de chama apresenta uma região cônica uniforme da ordem de milímetros, o que proporciona um longo comprimento de ação não linear para a luz de bombeamento e a onda do segundo harmônico. A polarizabilidade não linear de segunda ordem do cristal de seleneto de gálio integrado excede 170 pm/V, valor muito superior à polarizabilidade não linear intrínseca da fibra óptica. Além disso, a estrutura de longo alcance do cristal de seleneto de gálio garante a interferência de fase contínua dos segundos harmônicos, aproveitando ao máximo a vantagem do grande comprimento de ação não linear na microfibra/nanofibra. Mais importante ainda, o casamento de fase entre o modo óptico de bombeamento (HE11) e o modo de alta ordem do segundo harmônico (EH11, HE31) é obtido controlando-se o diâmetro do cone e, consequentemente, regulando-se a dispersão do guia de ondas durante a preparação da microfibra/nanofibra.

As condições acima estabelecem as bases para a excitação eficiente e de banda larga de segundos harmônicos em microfibras e nanofibras. O experimento demonstra que a emissão de segundos harmônicos na ordem de nanowatts pode ser alcançada com o bombeamento por laser de pulso de picossegundos de 1550 nm, e que os segundos harmônicos também podem ser excitados eficientemente com o bombeamento por laser contínuo do mesmo comprimento de onda, com uma potência de limiar de apenas algumas centenas de microwatts (Figura 1). Além disso, quando a luz de bombeamento é estendida para três comprimentos de onda diferentes do laser contínuo (1270/1550/1590 nm), três segundos harmônicos (2w1, 2w2, 2w3) e três sinais de soma de frequência (w1+w2, w1+w3, w2+w3) são observados em cada um dos seis comprimentos de onda de conversão de frequência. Ao substituir a luz de bombeamento por uma fonte de luz de diodo emissor de luz ultra-radiante (SLED) com largura de banda de 79,3 nm, gera-se um segundo harmônico de amplo espectro com largura de banda de 28,3 nm (Figura 2). Além disso, se a tecnologia de deposição química de vapor puder ser usada para substituir a tecnologia de transferência a seco neste estudo, e se menos camadas de cristais de seleneto de gálio puderem ser cultivadas na superfície da microfibra/nanofibra em longas distâncias, espera-se que a eficiência de conversão do segundo harmônico seja ainda mais aprimorada.

FIG. 1 Sistema de geração de segundo harmônico e resultados em estrutura totalmente de fibra.

Figura 2: Mistura de múltiplos comprimentos de onda e segundos harmônicos de amplo espectro sob bombeamento óptico contínuo.