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, tem despertado grande interesse de pesquisadores, até agora, com base nos efeitos de segunda harmônica e de frequência, produzidos desde o ultravioleta extremo até a faixa do infravermelho distante dolaser, promoveu muito o desenvolvimento do laser,ópticoprocessamento de informações, imagens microscópicas de alta resolução e outros campos. De acordo com não linearópticae teoria da polarização, o efeito óptico não linear de ordem par está intimamente relacionado à simetria do cristal, e o coeficiente não linear não é zero apenas em meios simétricos de inversão não central. Como o efeito não linear de segunda ordem mais básico, os segundos harmônicos dificultam muito sua geração e uso eficaz em fibra de quartzo devido à forma amorfa e à simetria da inversão central. Atualmente, os métodos de polarização (polarização óptica, polarização térmica, polarização do campo elétrico) podem destruir artificialmente a simetria da inversão do centro material da fibra óptica e melhorar efetivamente a não linearidade de segunda ordem da fibra óptica. No entanto, este método requer tecnologia de preparação complexa e exigente e só pode atender às condições de correspondência de quase fase em comprimentos de onda discretos. O anel ressonante de fibra óptica baseado no modo de parede de eco limita a excitação de amplo espectro dos segundos harmônicos. Ao quebrar a simetria da estrutura superficial da fibra, os segundos harmônicos superficiais na fibra de estrutura especial são aumentados até certo ponto, mas ainda dependem do pulso da bomba de femtosegundo 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 e de baixa potência, são os problemas básicos que precisam ser resolvidos no campo de fibras ópticas e dispositivos não lineares, e têm importante significado científico e amplo valor de aplicação.

Uma equipe de pesquisa na China propôs um esquema de integração de fase de cristal de seleneto de gálio em camadas com fibra micro-nano. Aproveitando a alta não linearidade de segunda ordem e o ordenamento de longo alcance dos cristais de seleneto de gálio, uma excitação de segundo harmônico de amplo espectro e um processo de conversão multifrequencial são realizados, fornecendo uma nova solução para o aprimoramento de processos multiparamétricos em fibra e a preparação de segundo harmônico de banda largafontes de luz. A excitação eficiente do segundo harmônico e do efeito de soma de frequência no esquema depende principalmente das três condições principais a seguir: a longa distância de interação luz-matéria entre o seleneto de gálio efibra micro-nano, a alta 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 fibra micro-nano preparada pelo sistema de afilamento de varredura por chama possui uma região cônica uniforme da ordem de milímetros, o que proporciona um longo comprimento de ação não linear para a luz da bomba e a onda do segundo harmônico. A polarizabilidade não linear de segunda ordem do cristal de seleneto de gálio integrado excede 170 pm/V, que é muito maior do que a polarizabilidade não linear intrínseca da fibra óptica. Além disso, a estrutura ordenada de longo alcance do cristal de seleneto de gálio garante a interferência de fase contínua dos segundos harmônicos, dando plena vantagem ao grande comprimento de ação não linear na fibra micro-nano. Mais importante ainda, a correspondência de fase entre o modo de base óptica de bombeamento (HE11) e o modo de segunda ordem harmônica (EH11, HE31) é realizada controlando o diâmetro do cone e regulando a dispersão do guia de ondas durante a preparação da fibra micro-nano.

As condições acima estabelecem a base para a excitação eficiente e de banda larga dos segundos harmônicos na fibra micro-nano. O experimento mostra que a saída de segundos harmônicos no nível de nanowatt pode ser alcançada sob a bomba de laser de pulso de picossegundo de 1550 nm, e os segundos harmônicos também podem ser excitados de forma eficiente sob a bomba de laser contínua do mesmo comprimento de onda, e a potência limite é tão baixo como várias centenas de microwatts (Figura 1). Além disso, quando a luz da bomba é estendida para três comprimentos de onda diferentes de laser contínuo (1270/1550/1590 nm), três segundos harmônicos (2w1, 2w2, 2w3) e três sinais de frequência de soma (w1+w2, w1+w3, w2+ w3) são observados em cada um dos seis comprimentos de onda de conversão de frequência. Ao substituir a luz da bomba por uma fonte de luz de diodo emissor de luz ultraradiante (SLED) com largura de banda de 79,3 nm, é gerado 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 menos camadas de cristais de seleneto de gálio puderem ser cultivadas na superfície da fibra micro-nano em longas distâncias, a segunda eficiência de conversão harmônica é esperada para ser melhorado ainda mais.

FIGO. 1 Sistema de geração de segundo harmônico e resulta em estrutura totalmente em fibra

Figura 2 Mistura de vários comprimentos de onda e segundos harmônicos de amplo espectro sob bombeamento óptico contínuo