עירור של הרמוניות שניות בספקטרום רחב

עירור של הרמוניות שניות בספקטרום רחב

מאז גילוי אפקטים אופטיים לא ליניאריים מסדר שני בשנות ה-60, עורר התעניינות רחבה של חוקרים, עד כה, בהתבסס על השפעות ההרמוניות השניות וההשפעות התדריות, נוצרו מהפס האולטרה-סגול הקיצוני ועד לרצועת האינפרא-אדום הרחוקה שללייזרים, קידם מאוד את פיתוח הלייזר,אוֹפּטִיעיבוד מידע, הדמיה מיקרוסקופית ברזולוציה גבוהה ותחומים נוספים. לפי לא ליניאריאוֹפְּטִיקָהותיאוריית הקיטוב, האפקט האופטי הלא-ליניארי בסדר זוגי קשור קשר הדוק לסימטריית גבישים, והמקדם הלא-ליניארי אינו אפס רק במדיה סימטרית לא-מרכזית. כאפקט הלא-ליניארי הבסיסי ביותר מסדר שני, ההרמוניות השניות מעכבות מאוד את היצירה והשימוש היעיל שלהן בסיבי קוורץ בגלל הצורה האמורפית והסימטריה של היפוך מרכז. נכון לעכשיו, שיטות קיטוב (קיטוב אופטי, קיטוב תרמי, קיטוב שדה חשמלי) יכולות להרוס באופן מלאכותי את הסימטריה של היפוך מרכז החומר של סיב אופטי, ולשפר למעשה את האי-לינאריות מסדר שני של סיבים אופטיים. עם זאת, שיטה זו דורשת טכנולוגיית הכנה מורכבת ותובענית, ויכולה לעמוד בתנאי התאמת החצי-פאזיים באורכי גל נפרדים בלבד. טבעת התהודה של הסיב האופטי המבוססת על מצב הקיר הד מגביל את עירור הספקטרום הרחב של הרמוניות שניות. על ידי שבירת הסימטריה של מבנה פני השטח של הסיב, ההרמוניות השניות של פני השטח בסיב המבנה המיוחד משתפרות במידה מסוימת, אך עדיין תלויות בדופק המשאבה הפמט-שנייה עם הספק שיא גבוה מאוד. לכן, יצירת אפקטים אופטיים לא ליניאריים מסדר שני במבנים הכוללים סיבים ושיפור יעילות ההמרה, במיוחד יצירת הרמוניות שניות רחבות-ספקטרום בשאיבה אופטית רציפה בהספק נמוך, הן הבעיות הבסיסיות שצריכות להיפתר בתחום של סיבים אופטיים ומכשירים לא ליניאריים, ויש להם משמעות מדעית חשובה וערך יישום רחב.

צוות מחקר בסין הציע ערכת אינטגרציה של שלב גבישי גליום סלניד בשכבות עם סיבי מיקרו-ננו. על ידי ניצול האי-ליניאריות הגבוהה מסדר שני והסדר לטווח ארוך של גבישי גליום סלניד, מתממשים תהליך עירור שני-הרמוני רחב-ספקטרום והמרה רב-תדרים, המספקים פתרון חדש לשיפור תהליכים רב-פרמטריים ב- סיבים והכנת פס רחב שני הרמונימקורות אור. העירור היעיל של ההשפעה ההרמונית השנייה ותדר הסכום בסכימה תלויה בעיקר בשלושת תנאי המפתח הבאים: מרחק האינטראקציה הארוך בין אור-חומר בין גליום סלניד לביןסיבים מיקרו-ננו, מתקיימים האי-ליניאריות הגבוהה מסדר שני וסדר טווח ארוך של גביש גליום סלניד בשכבות, ותנאי התאמת הפאזות של מצב הכפלת התדר והתדר הבסיסי.

בניסוי, לסיב המיקרו-ננו שהוכן על ידי מערכת המתחדדת של סריקת הלהבות יש אזור חרוט אחיד בסדר גודל של מילימטר, המספק אורך פעולה לא ליניארי ארוך לאור המשאבה ולגל ההרמוני השני. הקיטוב הלא-ליניארי מסדר שני של גביש גליום סלניד משולב עולה על 170 pm/V, שהוא הרבה יותר גבוה מהקיטוב הלא-ליניארי הפנימי של הסיב האופטי. יתרה מכך, המבנה המסודר לטווח ארוך של גביש גליום סלניד מבטיח את הפרעות הפאזה המתמשכת של ההרמוניות השניות, ומעניק משחק מלא לטובת אורך הפעולה הלא ליניארי הגדול בסיב המיקרו-ננו. חשוב מכך, התאמת הפאזה בין מצב הבסיס האופטי השאיבה (HE11) לבין מצב הסדר הגבוה ההרמוני השני (EH11, HE31) מתממשת על ידי שליטה בקוטר החרוט ולאחר מכן ויסות פיזור מוליך הגל במהלך הכנת סיבי מיקרו-ננו.

התנאים לעיל מניחים את הבסיס לעירור יעיל ורחב פס של הרמוניות שניות בסיבים מיקרו-ננו. הניסוי מראה שניתן להשיג את הפלט של הרמוניות שניות ברמת ננו-וואט תחת משאבת הלייזר הדופק פיקו-שניה של 1550 ננומטר, וניתן לעורר את ההרמוניות השניות ביעילות גם תחת משאבת הלייזר הרציפה של אותו אורך גל, והספק הסף הוא כ נמוך עד כמה מאות מיקרווואט (איור 1). יתר על כן, כאשר אור המשאבה מורחב 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 מששת אורכי הגל של המרת התדר. על ידי החלפת אור המשאבה במקור אור דיודה פולטת אור זוהרת במיוחד (SLED) ברוחב פס של 79.3 ננומטר, נוצרת הרמונית שנייה רחבת ספקטרום עם רוחב פס של 28.3 ננומטר (איור 2). בנוסף, אם ניתן להשתמש בטכנולוגיית שקיעת אדים כימית כדי להחליף את טכנולוגיית ההעברה היבשה במחקר זה, וניתן לגדל פחות שכבות של גבישי גליום סלניד על פני השטח של סיבים מיקרו-ננו לאורך מרחקים ארוכים, צפויה יעילות ההמרה ההרמונית השנייה. לשיפור נוסף.

תְאֵנָה. 1 מערכת יצירת הרמונית שנייה ומביאה למבנה שכולו סיבים

איור 2 ערבוב רב-גל והרמוניות שניות בספקטרום רחב בשאיבה אופטית רציפה