تحریک هارمونیک های دوم در یک طیف گسترده

تحریک هارمونیک های دوم در یک طیف گسترده

از زمان کشف اثرات نوری غیرخطی درجه دوم در دهه 1960، توجه گسترده محققان را برانگیخت، تا کنون بر اساس اثرات هارمونیک و فرکانس دوم، از فرابنفش شدید تا باند مادون قرمز دور تولید شده است.لیزرها، توسعه لیزر را بسیار ترویج کرد،نوریپردازش اطلاعات، تصویربرداری میکروسکوپی با وضوح بالا و زمینه های دیگر. با توجه به غیر خطیاپتیکو تئوری پلاریزاسیون، اثر نوری غیرخطی مرتبه زوج ارتباط نزدیکی با تقارن کریستالی دارد و ضریب غیرخطی فقط در محیط‌های متقارن وارونگی غیر مرکزی صفر نیست. هارمونیک‌های دوم به‌عنوان اساسی‌ترین اثر غیرخطی مرتبه دوم، به دلیل فرم آمورف و تقارن وارونگی مرکز، مانع تولید و استفاده مؤثر در فیبر کوارتز می‌شوند. در حال حاضر، روش‌های پلاریزاسیون (پلاریزاسیون نوری، قطبش حرارتی، قطبش میدان الکتریکی) می‌توانند به طور مصنوعی تقارن وارونگی مرکز مواد فیبر نوری را از بین ببرند و به طور موثر غیرخطی مرتبه دوم فیبر نوری را بهبود بخشند. با این حال، این روش به فناوری آماده سازی پیچیده و سخت نیاز دارد و فقط می تواند شرایط تطبیق فاز را در طول موج های گسسته برآورده کند. حلقه رزونانس فیبر نوری بر اساس حالت دیوار اکو، تحریک طیف گسترده هارمونیک های دوم را محدود می کند. با شکستن تقارن ساختار سطحی فیبر، هارمونیک های دوم سطح در فیبر ساختار ویژه تا حدی افزایش می یابد، اما همچنان به پالس پمپ فمتوثانیه با حداکثر توان بسیار بالا بستگی دارد. بنابراین، ایجاد اثرات نوری غیرخطی درجه دوم در ساختارهای تمام فیبر و بهبود راندمان تبدیل، به ویژه تولید هارمونیک های دوم طیف گسترده در پمپاژ نوری کم توان و پیوسته، از مشکلات اساسی است که باید حل شود. در زمینه فیبر نوری غیرخطی و دستگاه ها و دارای اهمیت علمی مهم و ارزش کاربردی گسترده است.

یک تیم تحقیقاتی در چین طرح ادغام فاز کریستال سلنید گالیم لایه ای با فیبر میکرو نانو را پیشنهاد کرده است. با بهره گیری از غیرخطی بودن مرتبه دوم بالا و ترتیب دوربرد کریستال های سلنید گالیم، یک تحریک هارمونیک دوم با طیف گسترده و فرآیند تبدیل چند فرکانس محقق می شود که راه حل جدیدی برای بهبود فرآیندهای چند پارامتری در فیبر و تهیه پهنای باند دوم هارمونیکمنابع نور. تحریک کارآمد دومین اثر هارمونیک و مجموع فرکانس در طرح عمدتاً به سه شرط کلیدی زیر بستگی دارد: فاصله برهمکنش نور-ماده طولانی بین سلنید گالیم وفیبر میکرو نانو، غیرخطی مرتبه دوم بالا و مرتبه برد بلند کریستال سلنید گالیم لایه ای و شرایط تطبیق فاز فرکانس اساسی و حالت دو برابر شدن فرکانس برآورده می شوند.

در این آزمایش، فیبر میکرو نانو تهیه شده توسط سیستم مخروطی اسکن شعله دارای یک ناحیه مخروطی یکنواخت به ترتیب میلی متر است که طول عمل غیرخطی طولانی را برای نور پمپ و موج هارمونیک دوم فراهم می کند. پلاریزه پذیری غیرخطی مرتبه دوم کریستال سلنید گالیم یکپارچه از 170 pm/V فراتر می رود، که بسیار بالاتر از قطبش پذیری غیرخطی ذاتی فیبر نوری است. علاوه بر این، ساختار مرتب شده با برد بلند کریستال سلنید گالیم تداخل فاز پیوسته هارمونیک‌های دوم را تضمین می‌کند و به مزیت طول عمل غیرخطی بزرگ در فیبر میکرو نانو می‌دهد. مهمتر از همه، تطبیق فاز بین حالت پایه نوری پمپاژ (HE11) و حالت مرتبه بالا هارمونیک دوم (EH11، HE31) با کنترل قطر مخروط و سپس تنظیم پراکندگی موجبر در طول تهیه فیبر میکرو نانو تحقق می‌یابد.

شرایط فوق شالوده ای را برای تحریک کارآمد و باند وسیع هارمونیک های دوم در فیبر میکرو نانو ایجاد می کند. آزمایش نشان می‌دهد که خروجی هارمونیک‌های دوم در سطح نانووات را می‌توان تحت پمپ لیزری پالس پیکوثانیه 1550 نانومتری به دست آورد، و هارمونیک‌های دوم را نیز می‌توان به طور موثر تحت پمپ لیزر پیوسته با همان طول موج برانگیخت و توان آستانه برابر است. چند صد میکرووات (شکل 1). علاوه بر این، هنگامی که نور پمپ به سه طول موج مختلف لیزر پیوسته (1270/1550/1590 نانومتر)، سه هارمونیک دوم (2w1، 2w2، 2w3) و سه سیگنال فرکانس مجموع (w1+w2، w1+w3، w2+ گسترش می‌یابد). w3) در هر یک از شش طول موج تبدیل فرکانس مشاهده می شود. با جایگزینی نور پمپ با منبع نور دیود ساطع نور فوق تابشی (SLED) با پهنای باند 79.3 نانومتر، یک هارمونیک دوم طیف گسترده با پهنای باند 28.3 نانومتر تولید می شود (شکل 2). علاوه بر این، اگر بتوان از فناوری رسوب بخار شیمیایی برای جایگزینی فناوری انتقال خشک در این مطالعه استفاده کرد و لایه‌های کمتری از کریستال‌های سلنید گالیوم را بتوان روی سطح فیبر میکرو نانو در فواصل طولانی رشد داد، بازده تبدیل هارمونیک دوم مورد انتظار است. بیشتر بهبود یابد.

شکل 1 سیستم تولید هارمونیک دوم و منجر به ساختار تمام فیبر می شود

شکل 2 اختلاط چند طول موج و هارمونیک های دوم طیف گسترده تحت پمپاژ نوری پیوسته