עירור של הרמוניות שנייה בספקטרום רחב

עירור של הרמוניות שנייה בספקטרום רחב

מאז גילוי ההשפעות האופטיות הלא-לינאריות מסדר שני בשנות השישים, עורר עניין נרחב של חוקרים, עד כה, על סמך ההשפעות ההרמוניות השנייה והתדר, שהופקה מהאולטרה סגול הקיצוני לפס האינפרא אדום הרחוק שללייזרים, קידם מאוד את התפתחות לייזר,אוֹפּטִיעיבוד מידע, הדמיה מיקרוסקופית ברזולוציה גבוהה ושדות אחרים. על פי Nonlinearאוֹפְּטִיקָהותורת הקיטוב, ההשפעה האופטית הלא-לינארית בהזמנה אחידה קשורה קשר הדוק לסימטריה קריסטלית, והמקדם הלא-לינארי אינו אפס רק בתקשורת סימטרית של היפוך לא מרכזי. כאפקט הבסיסי ביותר מהסדר השני הלא-לינארי, ההרמוניות השנייה מפריעות מאוד לייצורן ושימוש יעיל בסיבי קוורץ בגלל הצורה האמורפית וסימטריה של היפוך מרכז. נכון לעכשיו, שיטות קיטוב (קיטוב אופטי, קיטוב תרמי, קיטוב שדה חשמלי) יכולות להרוס באופן מלאכותי את הסימטריה של היפוך מרכז חומרים של סיבים אופטיים, ולשפר ביעילות את חוסר הליניאריות של הסדר השני של סיבים אופטיים. עם זאת, שיטה זו דורשת טכנולוגיית הכנה מורכבת ותובענית, ויכולה לעמוד רק בתנאי ההתאמה המעין-פאזיים באורכי גל נפרדים. טבעת התהודה הסיבים האופטית המבוססת על מצב קיר ההד מגבילה את עירור הספקטרום הרחב של הרמוניות שנייה. על ידי שבירת הסימטריה של מבנה פני השטח של הסיב, הרמוניות השנייה של פני השטח בסיב המבנה המיוחד משופרות במידה מסוימת, אך עדיין תלויים בדופק המשאבה של Femtosecond עם כוח שיא גבוה מאוד. לפיכך, ייצור ההשפעות האופטיות הלא-לינאריות מסדר שני במבנים של כל הסיבים ושיפור יעילות ההמרה, ובמיוחד ייצור ההרמוניות השנייה בספקטרום רחב בהספק נמוך, משאבה אופטית רציפה, הם הבעיות הבסיסיות שצריכות לפתור בתחום אופטיקה ומכשירים לא לינאריים, ויש להם משמעות מדעית חשובה וערך יישום רחב.

צוות מחקר בסין הציע תכנית שילוב שלב גליניד סלניד שכבה עם סיבי מיקרו-ננו. על ידי ניצול אי-הליניאריות הגבוהה מהסדר השני והסדר לטווח הארוך של גבישים גליום סלניד, מתממשים עירור רחב-ספקטרום-הרמוני ותהליך המרה רב-תדרים, ומספקים פיתרון חדש לשיפור תהליכים רב-פרמטריים בסיבים תזונתיים והכנת פס רחב שני-מרמוני.מקורות קליםו העירור היעיל של אפקט התדר ההרמוני והסכום השני בתכנית תלוי בעיקר בשלושת תנאי המפתח הבאים: מרחק האינטראקציה הארוך של האור בין גליום סלניד לסיבי מיקרו-ננו, אי-הליניאריות הגבוהה והסדר לטווח הארוך של גליום סלניד שכבה, ותנאי התאמת הפאזה של התדירות הבסיסית ומצב הכפלת התדרים מתקיימים.

בניסוי, לסיבי המיקרו-ננו שהוכנו על ידי מערכת ההתקשרות לסריקת הלהבה יש אזור חרוט אחיד בסדר מילימטר, המספק אורך פעולה ארוך לא לינארי לתא המשאבה ולגל ההרמוני השני. הקוטביות הלא לינארית מסדר שני של גביש הגליום הסלניד המשולב עולה על 170 בערב/V, שהיא גבוהה בהרבה מהקיטוב הלא לינארי המהותי של הסיב האופטי. יתר על כן, המבנה המסודר לטווח הארוך של קריסטל הגליום סלניד מבטיח את הפרעות הפאזות הרציפות של ההרמוניות השנייה, מה שמאפשר משחק מלא לטובת אורך הפעולה הלא לינארי הגדול בסיבי המיקרו-ננו. חשוב מכך, התאמת השלבים בין מצב הבסיס האופטי השאיבה (HE11) לבין מצב הסדר הגבוה ההרמוני השני (EH11, HE31) מתממש על ידי שליטה בקוטר החרוט ואז ויסות פיזור גלגלי הגל במהלך הכנת סיבי המיקרו-ננו.

התנאים לעיל מניחים את הבסיס לעירור היעיל והרחב של הרמוניות שנייה בסיבי מיקרו-ננו. הניסוי מראה כי ניתן להשיג את התפוקה של ההרמוניות השנייה ברמת ננוואט תחת משאבת הלייזר של הדופק הפיקוסקונד של 1550 ננומטר, והרמוניות השנייה יכולות להתרגש גם ביעילות מתחת למשאבת הלייזר הרציפה עם אותו אורך גל, וכוח הסף נמוך כמו כמה מאות מיקרו (איור 1). יתר על כן, כאשר נורת המשאבה מורחבת לשלושה אורכי גל שונים של לייזר רציף (1270/1550/1590 ננומטר), שלוש הרמוניות שניות (2W1, 2W2, 2W3) ושלושה אותות תדר סכום (W1+W2, W1+W3, W2+W3) נצפים בכל אחד משש משש המשרות התדרים. על ידי החלפת נורת המשאבה במקור אור אולטרה-רועש אולטרה פולט אור (SLED) ברוחב פס של 79.3 ננומטר, נוצר הרמונית שנייה רחבה עם רוחב פס של 28.3 ננומטר (איור 2). בנוסף, אם ניתן להשתמש בטכנולוגיית תצהיר אדי כימי כדי להחליף את טכנולוגיית ההעברה היבשה במחקר זה, ופחות שכבות של גבישים סלנידים גליום ניתן לגדל על פני סיבי המיקרו-ננו לאורך מרחקים ארוכים, צפוי לשפר עוד יותר את יעילות ההמרה ההרמונית.

תְאֵנָה. מערכת דור הרמונית שנייה אחת ומביאה למבנה כל הסיבים

איור 2 איור 2 ערבוב אורך גל רב והרמוניות שנייה רחבות-ספקטרום תחת שאיבה אופטית רציפה