Kích thích sóng hài thứ hai trong phổ rộng

Kích thích sóng hài thứ hai trong phổ rộng

Kể từ khi phát hiện ra các hiệu ứng quang phi tuyến bậc hai vào những năm 1960 đã thu hút được sự quan tâm rộng rãi của các nhà nghiên cứu, cho đến nay, dựa trên hiệu ứng sóng hài và tần số bậc hai, đã tạo ra từ dải cực tím đến dải hồng ngoại xa củatia laser, thúc đẩy đáng kể sự phát triển của laser,quang họcxử lý thông tin, hình ảnh kính hiển vi độ phân giải cao và các lĩnh vực khác. Theo phi tuyếnquang họcvà lý thuyết phân cực, hiệu ứng quang phi tuyến bậc chẵn có liên quan chặt chẽ đến tính đối xứng tinh thể và hệ số phi tuyến không chỉ bằng 0 trong môi trường đối xứng đảo ngược không trung tâm. Là hiệu ứng phi tuyến bậc hai cơ bản nhất, sóng hài bậc hai cản trở rất nhiều đến việc tạo ra và sử dụng hiệu quả chúng trong sợi thạch anh do dạng vô định hình và tính đối xứng của nghịch đảo tâm. Hiện nay, các phương pháp phân cực (phân cực quang, phân cực nhiệt, phân cực điện trường) có thể phá hủy một cách nhân tạo tính đối xứng của sự đảo ngược tâm vật chất của sợi quang và cải thiện hiệu quả tính phi tuyến bậc hai của sợi quang. Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi công nghệ chuẩn bị phức tạp và đòi hỏi khắt khe, đồng thời chỉ có thể đáp ứng các điều kiện khớp pha gần đúng ở các bước sóng rời rạc. Vòng cộng hưởng sợi quang dựa trên chế độ tường dội lại hạn chế sự kích thích phổ rộng của sóng hài thứ hai. Bằng cách phá vỡ tính đối xứng của cấu trúc bề mặt của sợi, sóng hài thứ hai bề mặt trong sợi cấu trúc đặc biệt được tăng cường ở một mức độ nhất định, nhưng vẫn phụ thuộc vào xung bơm femto giây với công suất cực đại rất cao. Do đó, việc tạo ra hiệu ứng quang phi tuyến bậc hai trong cấu trúc toàn sợi và cải thiện hiệu suất chuyển đổi, đặc biệt là tạo ra sóng hài thứ hai phổ rộng trong bơm quang liên tục, công suất thấp, là những vấn đề cơ bản cần được giải quyết. trong lĩnh vực thiết bị và sợi quang phi tuyến, có ý nghĩa khoa học quan trọng và giá trị ứng dụng rộng rãi.

Một nhóm nghiên cứu ở Trung Quốc đã đề xuất sơ đồ tích hợp pha tinh thể gali selenua nhiều lớp với sợi micro-nano. Bằng cách tận dụng tính phi tuyến bậc hai cao và trật tự tầm xa của các tinh thể gali selenua, quá trình kích thích sóng hài bậc hai và chuyển đổi đa tần số phổ rộng được thực hiện, cung cấp một giải pháp mới để tăng cường các quy trình đa tham số trong sợi quang và việc chuẩn bị sóng hài bậc hai băng thông rộngnguồn ánh sáng. Sự kích thích hiệu quả của hiệu ứng tần số tổng và hài bậc hai trong sơ đồ chủ yếu phụ thuộc vào ba điều kiện chính sau: khoảng cách tương tác vật chất-ánh sáng dài giữa gali selenua vàsợi micro-nano, độ phi tuyến bậc hai cao và bậc tầm xa của tinh thể gali selenua phân lớp và các điều kiện khớp pha của chế độ nhân đôi tần số và tần số cơ bản được thỏa mãn.

Trong thí nghiệm, sợi micro-nano được chế tạo bằng hệ thống quét ngọn lửa có vùng hình nón đồng nhất theo thứ tự milimet, cung cấp chiều dài tác dụng phi tuyến dài cho đèn bơm và sóng hài bậc hai. Độ phân cực phi tuyến bậc hai của tinh thể gallium selenide tích hợp vượt quá 170 pm/V, cao hơn nhiều so với độ phân cực phi tuyến nội tại của sợi quang. Hơn nữa, cấu trúc có trật tự tầm xa của tinh thể gali selenua đảm bảo giao thoa pha liên tục của các sóng hài thứ hai, phát huy tối đa lợi thế của chiều dài tác dụng phi tuyến lớn trong sợi micro-nano. Quan trọng hơn, sự khớp pha giữa chế độ cơ sở quang bơm (HE11) và chế độ bậc cao hài bậc hai (EH11, HE31) được thực hiện bằng cách kiểm soát đường kính hình nón và sau đó điều chỉnh độ phân tán ống dẫn sóng trong quá trình chuẩn bị sợi micro-nano.

Các điều kiện trên đặt nền tảng cho việc kích thích hiệu quả và dải rộng các sóng hài thứ hai trong sợi micro-nano. Thí nghiệm cho thấy rằng có thể đạt được đầu ra của sóng hài thứ hai ở cấp độ nanowatt dưới máy bơm laser xung picosecond 1550nm và sóng hài thứ hai cũng có thể được kích thích một cách hiệu quả dưới máy bơm laser liên tục có cùng bước sóng và công suất ngưỡng là như thấp tới vài trăm microwatt (Hình 1). Hơn nữa, khi ánh sáng bơm được mở rộng đến ba bước sóng khác nhau của laser liên tục (1270/1550/1590 nm), ba sóng hài thứ hai (2w1, 2w2, 2w3) và ba tín hiệu tần số tổng (w1+w2, w1+w3, w2+ w3) được quan sát ở mỗi bước sóng trong số sáu bước sóng chuyển đổi tần số. Bằng cách thay thế đèn bơm bằng nguồn sáng điốt phát sáng siêu bức xạ (SLED) có băng thông 79,3 nm, sóng hài bậc hai phổ rộng có băng thông 28,3 nm được tạo ra (Hình 2). Ngoài ra, nếu công nghệ lắng đọng hơi hóa học có thể được sử dụng để thay thế công nghệ truyền khô trong nghiên cứu này và có thể phát triển ít lớp tinh thể gali selenua hơn trên bề mặt sợi micro-nano trong khoảng cách xa thì hiệu suất chuyển đổi sóng hài thứ hai sẽ được mong đợi. để được cải thiện hơn nữa.

QUẢ SUNG. 1 Hệ thống tạo sóng hài thứ hai và tạo ra cấu trúc toàn sợi

Hình 2 Trộn nhiều bước sóng và sóng hài thứ hai phổ rộng khi bơm quang liên tục