Pengujaan harmonik kedua dalam spektrum yang luas

Pengujaan harmonik kedua dalam spektrum yang luas

Sejak penemuan kesan optik tak linear peringkat kedua pada tahun 1960-an, telah menimbulkan minat yang luas dalam kalangan penyelidik, setakat ini, berdasarkan harmonik kedua, dan kesan frekuensi, telah dihasilkan daripada jalur ultraungu ekstrem hingga inframerah jauhlaser, sangat menggalakkan perkembangan laser,optikpemprosesan maklumat, pengimejan mikroskopik resolusi tinggi dan bidang lain. Mengikut bidang tak linearoptikdan teori polarisasi, kesan optik tak linear tertib genap berkait rapat dengan simetri kristal, dan pekali tak linear bukan sifar hanya dalam media simetri penyongsangan bukan pusat. Sebagai kesan tak linear tertib kedua yang paling asas, harmonik kedua sangat menghalang penjanaannya dan penggunaannya yang berkesan dalam gentian kuarza kerana bentuk amorfus dan simetri penyongsangan pusat. Pada masa ini, kaedah polarisasi (polarisasi optik, polarisasi terma, polarisasi medan elektrik) boleh memusnahkan simetri penyongsangan pusat bahan gentian optik secara buatan, dan meningkatkan ketaklinearan tertib kedua gentian optik dengan berkesan. Walau bagaimanapun, kaedah ini memerlukan teknologi penyediaan yang kompleks dan mencabar, dan hanya boleh memenuhi keadaan pemadanan kuasi-fasa pada panjang gelombang diskret. Cincin resonan gentian optik berdasarkan mod dinding gema mengehadkan pengujaan spektrum luas harmonik kedua. Dengan memecahkan simetri struktur permukaan gentian, harmonik kedua permukaan dalam gentian struktur khas dipertingkatkan sehingga tahap tertentu, tetapi masih bergantung pada denyutan pam femtosaat dengan kuasa puncak yang sangat tinggi. Oleh itu, penjanaan kesan optik tak linear peringkat kedua dalam struktur semua gentian dan peningkatan kecekapan penukaran, terutamanya penjanaan harmonik kedua spektrum luas dalam pam optik berterusan berkuasa rendah, merupakan masalah asas yang perlu diselesaikan dalam bidang optik dan peranti gentian tak linear, dan mempunyai kepentingan saintifik yang penting dan nilai aplikasi yang luas.

Sebuah pasukan penyelidikan di China telah mencadangkan skema integrasi fasa kristal galium selenida berlapis dengan gentian mikro-nano. Dengan memanfaatkan ketaklinearan tertib kedua yang tinggi dan susunan jarak jauh kristal galium selenida, proses pengujaan harmonik kedua spektrum luas dan penukaran berbilang frekuensi direalisasikan, menyediakan penyelesaian baharu untuk peningkatan proses berbilang parametrik dalam gentian dan penyediaan harmonik kedua jalur lebar.sumber cahayaPengujaan yang cekap bagi kesan harmonik kedua dan frekuensi jumlah dalam skema ini bergantung terutamanya kepada tiga keadaan utama berikut: jarak interaksi jirim cahaya yang panjang antara galium selenida dangentian mikro-nano, ketaklinearan tertib kedua yang tinggi dan tertib jarak jauh bagi kristal galium selenida berlapis, dan keadaan padanan fasa bagi frekuensi asas dan mod penggandaan frekuensi dipenuhi.

Dalam eksperimen ini, gentian mikro-nano yang disediakan oleh sistem tirus pengimbasan nyalaan mempunyai kawasan kon seragam dalam susunan milimeter, yang memberikan panjang tindakan tak linear yang panjang untuk cahaya pam dan gelombang harmonik kedua. Keterpolarisasian tak linear tertib kedua bagi kristal galium selenida bersepadu melebihi 170 pm/V, yang jauh lebih tinggi daripada keterpolarisasian tak linear intrinsik gentian optik. Selain itu, struktur tertib jarak jauh bagi kristal galium selenida memastikan gangguan fasa berterusan bagi harmonik kedua, memberikan kelebihan sepenuhnya kepada panjang tindakan tak linear yang besar dalam gentian mikro-nano. Lebih penting lagi, pemadanan fasa antara mod asas optik pam (HE11) dan mod tertib tinggi harmonik kedua (EH11, HE31) direalisasikan dengan mengawal diameter kon dan kemudian mengawal selia penyebaran pandu gelombang semasa penyediaan gentian mikro-nano.

Keadaan di atas meletakkan asas untuk pengujaan harmonik kedua yang cekap dan jalur lebar dalam gentian mikro-nano. Eksperimen menunjukkan bahawa output harmonik kedua pada tahap nanowatt boleh dicapai di bawah pam laser denyut pikosaat 1550 nm, dan harmonik kedua juga boleh diujakan dengan cekap di bawah pam laser berterusan dengan panjang gelombang yang sama, dan kuasa ambang adalah serendah beberapa ratus mikrowatt (Rajah 1). Tambahan pula, apabila cahaya pam dilanjutkan kepada tiga panjang gelombang laser berterusan yang berbeza (1270/1550/1590 nm), tiga harmonik kedua (2w1, 2w2, 2w3) dan tiga isyarat frekuensi jumlah (w1+w2, w1+w3, w2+w3) diperhatikan pada setiap enam panjang gelombang penukaran frekuensi. Dengan menggantikan cahaya pam dengan sumber cahaya diod pemancar cahaya ultra-sinari (SLED) dengan lebar jalur 79.3 nm, harmonik kedua spektrum luas dengan lebar jalur 28.3 nm dijana (Rajah 2). Di samping itu, jika teknologi pemendapan wap kimia boleh digunakan untuk menggantikan teknologi pemindahan kering dalam kajian ini, dan lebih sedikit lapisan kristal galium selenida boleh ditumbuhkan pada permukaan gentian mikro-nano dalam jarak jauh, kecekapan penukaran harmonik kedua dijangka akan dipertingkatkan lagi.

RAJAH 1 Sistem penjanaan harmonik kedua dan menghasilkan struktur gentian penuh

Rajah 2 Pencampuran berbilang panjang gelombang dan harmonik kedua spektrum luas di bawah pam optik berterusan