Excitación de segundos armónicos en un amplio espectro
Desde el descubrimiento de los efectos ópticos no lineales de segundo orden en la década de 1960, estos han despertado un gran interés entre los investigadores. Hasta ahora, basándose en el segundo armónico y los efectos de frecuencia, se han producido desde el ultravioleta extremo hasta la banda del infrarrojo lejano.láseres, impulsó enormemente el desarrollo del láser,ópticoProcesamiento de información, imágenes microscópicas de alta resolución y otros campos. Según la no linealidadópticaSegún la teoría de la polarización, el efecto óptico no lineal de orden par está estrechamente relacionado con la simetría cristalina, y el coeficiente no lineal solo es distinto de cero en medios sin simetría de inversión central. Como efecto no lineal de segundo orden más básico, los segundos armónicos dificultan considerablemente su generación y uso efectivo en la fibra de cuarzo debido a su forma amorfa y la simetría de inversión central. Actualmente, los métodos de polarización (polarización óptica, térmica y por campo eléctrico) permiten destruir artificialmente la simetría de inversión central del material de la fibra óptica y mejorar eficazmente su no linealidad de segundo orden. Sin embargo, este método requiere una tecnología de preparación compleja y exigente, y solo cumple las condiciones de cuasi-coincidencia de fase en longitudes de onda discretas. El anillo resonante de fibra óptica basado en el modo de pared de eco limita la excitación de segundos armónicos en un amplio espectro. Al romper la simetría de la estructura superficial de la fibra, los segundos armónicos superficiales en fibras con estructuras especiales se intensifican hasta cierto punto, pero siguen dependiendo de pulsos de bombeo de femtosegundos con una potencia pico muy alta. Por lo tanto, la generación de efectos ópticos no lineales de segundo orden en estructuras de fibra óptica y la mejora de la eficiencia de conversión, especialmente la generación de armónicos de segundo espectro de amplio espectro en bombeo óptico continuo de baja potencia, son los problemas básicos que deben resolverse en el campo de la óptica y los dispositivos de fibra no lineal, y tienen una importante relevancia científica y un amplio valor de aplicación.
Un equipo de investigación en China ha propuesto un esquema de integración de fase de cristal de seleniuro de galio en capas con micro-nanofibras. Aprovechando la alta no linealidad de segundo orden y el ordenamiento de largo alcance de los cristales de seleniuro de galio, se logra una excitación de segundo armónico de amplio espectro y un proceso de conversión multifrecuencia, lo que proporciona una nueva solución para la mejora de procesos multiparamétricos en fibra y la preparación de excitación de segundo armónico de banda ancha.fuentes de luzLa excitación eficiente del segundo armónico y del efecto de frecuencia suma en el esquema depende principalmente de las siguientes tres condiciones clave: la gran distancia de interacción luz-materia entre el seleniuro de galio ymicro-nanofibra, se satisfacen la alta no linealidad de segundo orden y el orden de largo alcance del cristal de seleniuro de galio en capas, y las condiciones de coincidencia de fase de la frecuencia fundamental y el modo de duplicación de frecuencia.
En el experimento, la micro-nanofibra preparada mediante el sistema de adelgazamiento por escaneo de llama presenta una región cónica uniforme del orden de milímetros, lo que proporciona una gran longitud de acción no lineal para la luz de bombeo y la onda del segundo armónico. La polarizabilidad no lineal de segundo orden del cristal de seleniuro de galio integrado supera los 170 pm/V, un valor muy superior a la polarizabilidad no lineal intrínseca de la fibra óptica. Además, la estructura ordenada de largo alcance del cristal de seleniuro de galio garantiza la interferencia de fase continua de los segundos armónicos, aprovechando al máximo la gran longitud de acción no lineal en la micro-nanofibra. Aún más importante, el acoplamiento de fase entre el modo base óptico de bombeo (HE11) y el modo de orden superior del segundo armónico (EH11, HE31) se logra controlando el diámetro del cono y, posteriormente, regulando la dispersión de la guía de onda durante la preparación de la micro-nanofibra.
Las condiciones descritas anteriormente sientan las bases para la excitación eficiente y de banda ancha de segundos armónicos en micro-nanofibras. El experimento demuestra que se puede obtener una salida de segundos armónicos del orden de los nanovatios con un láser de pulsos de picosegundos de 1550 nm, y que también se pueden excitar eficientemente con un láser de bombeo continuo de la misma longitud de onda, con una potencia umbral de tan solo unos cientos de microvatios (Figura 1). Además, al extender la luz de bombeo a tres longitudes de onda diferentes del láser continuo (1270/1550/1590 nm), se observan tres segundos armónicos (2ω₁, 2ω₂, 2ω₃) y tres señales de suma de frecuencias (ω₁+ω₂, ω₁+ω₃, ω₂+ω₃) en cada una de las seis longitudes de onda de conversión de frecuencia. Al sustituir la luz de bombeo por una fuente de luz LED ultrarradiante (SLED) con un ancho de banda de 79,3 nm, se genera un segundo armónico de amplio espectro con un ancho de banda de 28,3 nm (Figura 2). Además, si se pudiera utilizar la tecnología de deposición química de vapor en lugar de la tecnología de transferencia en seco empleada en este estudio, y se lograra cultivar un menor número de capas de cristales de seleniuro de galio en la superficie de la micro-nanofibra a lo largo de grandes distancias, se prevé una mejora aún mayor en la eficiencia de conversión del segundo armónico.
FIG. 1 Sistema de generación de segundo armónico y resultados en una estructura de fibra óptica.
Figura 2. Mezcla de múltiples longitudes de onda y segundos armónicos de amplio espectro bajo bombeo óptico continuo.
Fecha de publicación: 20 de mayo de 2024