Teise harmoonilise ergastamine laias spektris
Alates teist järku mittelineaarsete optiliste efektide avastamisest 1960. aastatel on see äratanud teadlaste laialdast huvi ning seni on teise harmoonilise ja sagedusefektide põhjal loodud äärmuslikust ultraviolettkiirgusest kuni kaug-infrapunakiirguseni.laserid, mis aitas oluliselt kaasa lasertehnoloogia arengule,optilineinfotöötlus, kõrglahutusega mikroskoopiline pildistamine ja muud valdkonnad. Mittelineaarsete teooriate kohaseltoptikaja polarisatsiooniteooria kohaselt on paarisjärguline mittelineaarne optiline efekt tihedalt seotud kristalli sümmeetriaga ning mittelineaarne koefitsient ei ole null ainult mittetsentraalse inversiooniga sümmeetrilises keskkonnas. Kõige põhilisema teist järku mittelineaarse efektina takistavad teised harmoonikud oma amorfse vormi ja keskpunkti inversiooni sümmeetria tõttu oluliselt nende teket ja efektiivset kasutamist kvartskius. Praegused polarisatsioonimeetodid (optiline polarisatsioon, termiline polarisatsioon, elektrivälja polarisatsioon) suudavad kunstlikult hävitada optilise kiu materjali keskpunkti inversiooni sümmeetriat ja parandada tõhusalt optilise kiu teist järku mittelineaarsust. See meetod nõuab aga keerukat ja nõudlikku ettevalmistustehnoloogiat ning suudab kvaasifaasi sobitamise tingimusi täita ainult diskreetsetel lainepikkustel. Kajaseina režiimil põhinev optilise kiu resonantne rõngas piirab teiste harmoonikute laia spektriga ergastamist. Kiu pinnastruktuuri sümmeetria rikkumisega suurenevad spetsiaalse struktuuriga kiu pinna teised harmoonikud teatud määral, kuid sõltuvad siiski väga suure tippvõimsusega femtosekundilisest pumbaimpulsist. Seetõttu on teise järgu mittelineaarsete optiliste efektide genereerimine täiskiudstruktuurides ja muundamise efektiivsuse parandamine, eriti laia spektriga teise harmoonilise genereerimine väikese võimsusega pidevas optilises pumpamises, põhiprobleemid, mis vajavad lahendamist mittelineaarsete kiudoptika ja -seadmete valdkonnas ning millel on oluline teaduslik tähtsus ja lai rakendusväärtus.
Hiina uurimisrühm on välja pakkunud kihilise galliumseleniidi kristalli faasiintegratsiooni skeemi mikro-nanokiuga. Kasutades ära galliumseleniidi kristallide kõrget teist järku mittelineaarsust ja pika ulatusega korrastatust, realiseeritakse laia spektriga teise harmoonilise ergastuse ja mitmesagedusliku muundamise protsess, pakkudes uut lahendust mitmeparameetriliste protsesside täiustamiseks kius ja lairiba teise harmoonilise ettevalmistamiseks.valgusallikadTeise harmoonilise ja summaarse sageduse efekti efektiivne ergastamine skeemis sõltub peamiselt järgmistest kolmest põhitingimusest: pikk valguse ja aine vastastikmõju kaugus galliumseleniidi jamikro-nanokiud, on täidetud kihilise galliumseleniidi kristalli kõrge teist järku mittelineaarsus ja pika ulatusega järk ning põhisageduse ja sageduse kahekordistamise režiimi faaside sobitamise tingimused.
Eksperimendis oli leegi skaneeriva koonilise süsteemi abil valmistatud mikro-nanokiul ühtlane millimeetri suurusjärgus koonuse piirkond, mis tagab pumbavalgusele ja teisele harmoonilisele lainele pika mittelineaarse toimepikkuse. Integreeritud galliumseleniidkristalli teist järku mittelineaarne polariseeritavus ületab 170 pm/V, mis on palju kõrgem kui optilise kiu sisemine mittelineaarne polariseeritavus. Lisaks tagab galliumseleniidkristalli pika ulatusega korrastatud struktuur teiste harmoonikute pideva faasiinterferentsi, andes mikro-nanokiu suure mittelineaarse toimepikkuse eelise täielikuks ärakasutamiseks. Veelgi olulisem on see, et pumpava optilise baasrežiimi (HE11) ja teise harmoonilise kõrgema järgu režiimi (EH11, HE31) faaside sobitamine saavutatakse koonuse läbimõõdu juhtimise ja seejärel lainejuhi hajumise reguleerimise teel mikro-nanokiu valmistamise ajal.
Ülaltoodud tingimused loovad aluse mikro-nanokiu teise harmoonilise efektiivseks ja lairibaliseks ergastamiseks. Katse näitab, et 1550 nm pikosekundilise impulsslaserpumba abil on võimalik saavutada teise harmoonilise väljund nanovati tasemel ning teisi harmoonilisi saab efektiivselt ergutada ka sama lainepikkusega pideva laserpumba abil, kusjuures lävivõimsus on vaid mõni sada mikrovatti (joonis 1). Lisaks, kui pumba valgust laiendatakse kolmele erinevale pideva laseri lainepikkusele (1270/1550/1590 nm), siis täheldatakse kõigil kuuel sagedusmuundamise lainepikkusel kolme teist harmoonilist (2w1, 2w2, 2w3) ja kolme summaarset signaali (w1+w2, w1+w3, w2+w3). Asendades pumba valguse ülikiirgava valgusdioodiga (SLED) valgusallikaga, mille ribalaius on 79,3 nm, genereeritakse laia spektriga teine harmooniline ribalaiusega 28,3 nm (joonis 2). Lisaks, kui keemilise aurustamise tehnoloogiat saab käesolevas uuringus kasutada kuiva ülekande tehnoloogia asendamiseks ja mikro-nanokiu pinnale saab pikkade vahemaade tagant kasvatada vähem galliumseleniidi kristallide kihte, eeldatakse teise harmoonilise muundamise efektiivsuse edasist paranemist.
JOONIS 1 Teise harmoonilise genereerimise süsteem ja selle tulemuseks on täiskiudstruktuur
Joonis 2. Mitme lainepikkusega segamine ja laia spektriga teised harmoonilised pideva optilise pumpamise ajal
Postituse aeg: 20. mai 2024