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 dos pesquisadores, até agora, com base no segundo harmônico e nos efeitos de frequência, produzidos desde a faixa do ultravioleta extremo até a do infravermelho distante.lasers, promoveu grandemente o desenvolvimento do laser,ópticoprocessamento de informações, imagens microscópicas de alta resolução e outros campos. De acordo com a teoria não linearópticae a 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. Sendo o efeito não linear de segunda ordem mais básico, os segundos harmônicos dificultam muito sua geração e uso efetivo em fibras de quartzo devido à forma amorfa e à simetria da inversão central. Atualmente, os métodos de polarização (polarização óptica, polarização térmica, polarização de campo elétrico) podem destruir artificialmente a simetria da inversão central do material da fibra óptica e melhorar efetivamente a não linearidade de segunda ordem da fibra óptica. No entanto, esse método requer tecnologia de preparação complexa e exigente e só pode atender às condições de casamento de quase fase em comprimentos de onda discretos. O anel ressonante da fibra óptica baseado no modo de parede de eco limita a excitação de amplo espectro dos segundos harmônicos. Ao quebrar a simetria da estrutura da superfície da fibra, os segundos harmônicos da superfície na fibra de estrutura especial são aprimorados até certo ponto, mas ainda dependem do pulso de bombeamento de femtossegundos 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 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 fases de cristais de seleneto de gálio em camadas com micro-nanofibra. Aproveitando a alta não linearidade de segunda ordem e a ordenação de longo alcance dos cristais de seleneto de gálio, é possível obter um processo de excitação de segundo harmônico de amplo espectro e conversão multifrequencial, fornecendo uma nova solução para o aprimoramento de processos multiparamétricos em fibras e a preparação de segundo harmônico de banda larga.fontes de luz. A excitação eficiente do segundo harmônico e do efeito de frequência de soma no esquema depende principalmente das três condições principais a seguir: a longa distância de interação luz-matéria entre o seleneto de gálio emicro-nano fibra, 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 micro-nanofibra preparada pelo sistema de afunilamento 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 de segundo harmônico. A polarizabilidade não linear de segunda ordem do cristal de seleneto de gálio integrado excede 170 pm/V, o que é muito superior à 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, aproveitando ao máximo a vantagem do grande comprimento de ação não linear na micro-nanofibra. Mais importante ainda, a correspondência de fase entre o modo base óptico de bombeamento (HE11) e o modo de alta ordem do segundo harmônico (EH11, HE31) é realizada controlando o diâmetro do cone e, em seguida, regulando a dispersão do guia de onda durante a preparação da micro-nanofibra.

As condições acima estabelecem a base para a excitação eficiente e de banda larga de segundos harmônicos em micro-nanofibras. O experimento mostra que a saída de segundos harmônicos no nível de nanowatts pode ser alcançada sob o bombeamento de laser de pulso de picossegundos de 1550 nm, e os segundos harmônicos também podem ser excitados eficientemente sob o bombeamento de laser contínuo do mesmo comprimento de onda, e a potência limite é tão baixa quanto algumas centenas de microwatts (Figura 1). Além disso, quando a luz do bombeamento é estendida a 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 ultrarradiante (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 micro-nanofibra a 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 fibrosa

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