Excitación de segundos armónicos en un amplio espectro

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, ha despertado un amplio interés de los investigadores, hasta el momento, basándose en el segundo armónico, y los efectos de frecuencia, se ha producido desde el ultravioleta extremo hasta la banda del infrarrojo lejano.láseres, promovió 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 no es cero solo en medios simétricos de inversión no central. Como el efecto no lineal de segundo orden más básico, los segundos armónicos dificultan considerablemente su generación y uso efectivo en fibra de cuarzo debido a su forma amorfa y a la simetría de la inversión central. Actualmente, los métodos de polarización (polarización óptica, polarización térmica, polarización del campo eléctrico) pueden destruir artificialmente la simetría de la 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 coincidencia de cuasi-fase en longitudes de onda discretas. El anillo resonante de la fibra óptica, basado en el modo de pared de eco, limita la excitación de amplio espectro de los segundos armónicos. Al romper la simetría de la estructura superficial de la fibra, los segundos armónicos superficiales en la fibra de estructura especial se mejoran hasta cierto punto, pero aún dependen del pulso 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 completa y la mejora de la eficiencia de conversión, especialmente la generación de segundos armónicos de amplio espectro en bombeo óptico continuo de baja potencia, son los problemas básicos que deben resolverse en el campo de la fibra óptica y los dispositivos no lineales, y tienen un significado científico importante y un amplio valor de aplicación.

Un equipo de investigación en China ha propuesto un esquema de integración de fases de cristales de seleniuro de galio en capas con microfibras nanométricas. Aprovechando la alta no linealidad de segundo orden y el ordenamiento de largo alcance de los cristales de seleniuro de galio, se logra un proceso de excitación de segundo armónico de amplio espectro y conversión multifrecuencial, lo que proporciona una nueva solución para la mejora de los procesos multiparamétricos en fibra y la preparación de segundos armónicos de banda ancha.fuentes de luzLa excitación eficiente del segundo armónico y el efecto de suma de frecuencias en el esquema dependen principalmente de las siguientes tres condiciones clave: la larga distancia de interacción luz-materia entre el seleniuro de galio yfibra micro-nanoSe 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 del modo de duplicación de frecuencia fundamental y de frecuencia.

En el experimento, la micro-nano fibra preparada mediante el sistema de ahusamiento 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 de segundo armónico. La polarizabilidad no lineal de segundo orden del cristal de seleniuro de galio integrado supera los 170 pm/V, una cifra muy superior a la 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 de la micro-nano fibra. Más importante aún, la coincidencia 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 regulando la dispersión de la guía de ondas durante la preparación de la micro-nano fibra.

Las condiciones anteriores sientan las bases para la excitación eficiente y de banda ancha de segundos armónicos en microfibras. El experimento demuestra que la salida de segundos armónicos a nivel de nanovatios puede lograrse con el bombeo láser de pulsos de picosegundos de 1550 nm, y que los segundos armónicos también pueden excitarse eficientemente con el bombeo láser continuo de la misma longitud de onda, con una potencia umbral de tan solo varios 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 (2w1, 2w2, 2w3) y tres señales de frecuencia suma (w1+w2, w1+w3, w2+w3) en cada una de las seis longitudes de onda de conversión de frecuencia. Al sustituir la luz de bombeo por una fuente de luz de diodo emisor de luz 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 puede utilizar la tecnología de deposición química en fase de vapor para sustituir la tecnología de transferencia seca en este estudio, y se pueden cultivar menos capas de cristales de seleniuro de galio en la superficie de la microfibra a largas distancias, se espera que la eficiencia de conversión del segundo armónico mejore aún más.

FIG. 1 Segundo sistema de generación de armónicos y resultados en estructura totalmente de fibra

Figura 2 Mezcla de múltiples longitudes de onda y segundos armónicos de amplio espectro bajo bombeo óptico continuo