Pengujaan harmonik kedua dalam spektrum yang luas

Pengujaan harmonik kedua dalam spektrum yang luas

Sejak penemuan kesan optik tak linear tertib kedua pada tahun 1960-an, telah menimbulkan minat luas penyelidik, setakat ini, berdasarkan kesan harmonik dan frekuensi kedua, telah dihasilkan daripada ultraungu melampau kepada jalur inframerah jauhlaser, sangat menggalakkan pembangunan laser,optikpemprosesan maklumat, pengimejan mikroskopik resolusi tinggi dan bidang lain. Mengikut tak linearoptikdan teori polarisasi, kesan optik tak linear tertib genap berkait rapat dengan simetri kristal, dan pekali tak linear bukan sifar sahaja dalam media simetri penyongsangan bukan pusat. Sebagai kesan tak linear tertib kedua yang paling asas, harmonik kedua sangat menghalang penjanaan dan penggunaan berkesan dalam gentian kuarza kerana bentuk amorfus dan simetri penyongsangan pusat. Pada masa ini, kaedah polarisasi (polarisasi optik, polarisasi terma, polarisasi medan elektrik) secara buatan boleh memusnahkan simetri penyongsangan pusat bahan gentian optik, dan dengan berkesan meningkatkan ketaklinearan urutan kedua gentian optik. Walau bagaimanapun, kaedah ini memerlukan teknologi penyediaan yang kompleks dan menuntut, dan hanya boleh memenuhi keadaan padanan 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 ke tahap tertentu, tetapi masih bergantung pada nadi pam femtosaat dengan kuasa puncak yang sangat tinggi. Oleh itu, penjanaan kesan optik tak linear tertib kedua dalam struktur semua gentian dan peningkatan kecekapan penukaran, terutamanya penjanaan harmonik kedua spektrum luas dalam pengepaman optik berterusan kuasa rendah, adalah masalah asas yang perlu diselesaikan dalam bidang optik gentian tak linear dan peranti, dan mempunyai kepentingan saintifik yang penting dan nilai aplikasi yang luas.

Pasukan penyelidik di China telah mencadangkan skim penyepaduan fasa kristal galium selenide berlapis dengan gentian mikro-nano. Dengan mengambil kesempatan daripada ketaklinearan tertib kedua yang tinggi dan pesanan jarak jauh bagi kristal galium selenide, proses pengujaan harmonik kedua spektrum luas dan penukaran berbilang frekuensi direalisasikan, menyediakan penyelesaian baharu untuk peningkatan proses berbilang parametrik dalam gentian dan penyediaan jalur lebar harmonik keduasumber cahaya. Pengujaan yang cekap bagi kesan frekuensi harmonik dan jumlah kedua dalam skema terutamanya bergantung pada tiga syarat utama berikut: jarak interaksi bahan cahaya yang panjang antara gallium selenide dangentian mikro-nano, ketaklinearan tertib kedua yang tinggi dan susunan jarak jauh bagi kristal galium selenida berlapis, dan keadaan padanan fasa bagi mod penggandaan kekerapan dan kekerapan asas dipenuhi.

Dalam eksperimen, 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. Kebolehkutuban tak linear tertib kedua bagi kristal gallium selenide bersepadu melebihi 170 pm/V, yang jauh lebih tinggi daripada kebolehpolaran tak linear intrinsik gentian optik. Selain itu, struktur tersusun jarak jauh bagi kristal gallium selenide memastikan gangguan fasa berterusan harmonik kedua, memberikan permainan penuh kepada kelebihan panjang tindakan tak linear yang besar dalam gentian mikro-nano. Lebih penting lagi, padanan fasa antara mod asas optik pengepaman (HE11) dan mod tertib tinggi harmonik kedua (EH11, HE31) direalisasikan dengan mengawal diameter kon dan kemudian mengawal serakan pandu gelombang semasa penyediaan gentian mikro-nano.

Keadaan di atas meletakkan asas untuk pengujaan jalur lebar yang cekap dan lebar harmonik kedua dalam gentian mikro-nano. Eksperimen menunjukkan bahawa output harmonik kedua pada tahap nanowatt boleh dicapai di bawah pam laser nadi picosecond 1550 nm, dan harmonik kedua juga boleh teruja dengan cekap di bawah pam laser berterusan dengan panjang gelombang yang sama, dan kuasa ambang adalah sebagai serendah beberapa ratus mikrowatt (Rajah 1). Selanjutnya, apabila cahaya pam dilanjutkan kepada tiga panjang gelombang berbeza laser berterusan (1270/1550/1590 nm), tiga harmonik saat (2w1, 2w2, 2w3) dan tiga isyarat frekuensi jumlah (w1+w2, w1+w3, w2+ w3) diperhatikan pada setiap enam panjang gelombang penukaran frekuensi. Dengan menggantikan lampu pam dengan sumber cahaya ultra-radiant light-emitting diod (SLED) dengan lebar jalur 79.3 nm, harmonik kedua spektrum luas dengan lebar jalur 28.3 nm dihasilkan (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 selenide boleh ditanam pada permukaan gentian mikro-nano pada jarak jauh, kecekapan penukaran harmonik kedua dijangka untuk dipertingkatkan lagi.

GAMBAR. 1 Sistem penjanaan harmonik kedua dan menghasilkan struktur semua gentian

Rajah 2 Campuran berbilang panjang gelombang dan harmonik kedua spektrum luas di bawah pengepam optik berterusan