Excitation des seconds harmoniques dans un large spectre
Depuis la découverte des effets optiques non linéaires du second ordre dans les années 1960, a suscité un large intérêt chez les chercheurs, jusqu'à présent, sur la base du second harmonique, et des effets de fréquence, a été produit de l'extrême ultraviolet à la bande infrarouge lointaine delasers, a grandement favorisé le développement du laser,optiquetraitement de l'information, imagerie microscopique haute résolution et autres domaines. Selon la théorie non linéaireoptiqueSelon la théorie de la polarisation, l'effet optique non linéaire d'ordre pair est étroitement lié à la symétrie cristalline, et le coefficient non linéaire n'est pas nul uniquement dans les milieux symétriques à inversion non centrale. En tant qu'effet non linéaire du second ordre le plus fondamental, les harmoniques secondes entravent considérablement leur génération et leur utilisation efficace dans les fibres de quartz en raison de leur forme amorphe et de la symétrie de l'inversion centrale. Actuellement, les méthodes de polarisation (polarisation optique, polarisation thermique, polarisation de champ électrique) peuvent détruire artificiellement la symétrie de l'inversion centrale matérielle des fibres optiques et améliorer efficacement la non-linéarité du second ordre. Cependant, cette méthode nécessite une technologie de préparation complexe et exigeante, et ne peut satisfaire aux conditions de quasi-accord de phase qu'à des longueurs d'onde discrètes. L'anneau résonant de la fibre optique basé sur le mode paroi d'écho limite l'excitation à large spectre des harmoniques secondes. En brisant la symétrie de la structure de surface de la fibre, les harmoniques secondes de surface dans la fibre à structure spéciale sont amplifiées dans une certaine mesure, mais dépendent toujours de l'impulsion de pompe femtoseconde à très forte puissance crête. Par conséquent, la génération d'effets optiques non linéaires du second ordre dans les structures entièrement en fibres et l'amélioration de l'efficacité de conversion, en particulier la génération de seconds harmoniques à large spectre dans le pompage optique continu à faible puissance, sont les problèmes fondamentaux qui doivent être résolus dans le domaine des fibres optiques et des dispositifs non linéaires, et ont une importance scientifique importante et une large valeur d'application.
Une équipe de recherche chinoise a proposé un schéma d'intégration de phase cristalline de séléniure de gallium stratifié avec une micro-nanofibre. En exploitant la forte non-linéarité du second ordre et l'ordonnancement à longue portée des cristaux de séléniure de gallium, un processus d'excitation de seconde harmonique à large spectre et de conversion multifréquence est réalisé, offrant une nouvelle solution pour l'amélioration des processus multiparamétriques dans la fibre et la préparation de seconde harmonique à large bande.sources lumineuses. L'excitation efficace de la seconde harmonique et de l'effet de fréquence somme dans le schéma dépend principalement des trois conditions clés suivantes : la longue distance d'interaction lumière-matière entre le séléniure de gallium etmicro-nano fibre, la non-linéarité élevée du second ordre et l'ordre à longue portée du cristal de séléniure de gallium en couches, ainsi que les conditions d'adaptation de phase de la fréquence fondamentale et du mode de doublement de fréquence sont satisfaites.
Lors de l'expérience, la micro-nanofibre préparée par le système de balayage de flamme présente une région conique uniforme de l'ordre du millimètre, ce qui confère une grande longueur d'action non linéaire à la lumière de pompage et à l'onde de second harmonique. La polarisabilité non linéaire de second ordre du cristal de séléniure de gallium intégré dépasse 170 pm/V, ce qui est bien supérieur à la polarisabilité non linéaire intrinsèque de la fibre optique. De plus, la structure ordonnée à longue portée du cristal de séléniure de gallium assure l'interférence de phase continue des harmoniques de second ordre, exploitant pleinement l'avantage de la grande longueur d'action non linéaire de la micro-nanofibre. Plus important encore, l'adaptation de phase entre le mode optique de base de pompage (HE11) et le mode d'ordre élevé de second harmonique (EH11, HE31) est obtenue en contrôlant le diamètre du cône, puis en régulant la dispersion du guide d'ondes lors de la préparation de la micro-nanofibre.
Les conditions ci-dessus constituent les bases d'une excitation efficace et à large bande des harmoniques secondes dans les micro-nanofibres. L'expérience montre que la sortie d'harmoniques secondes à l'échelle du nanowatt peut être obtenue avec une pompe laser à impulsions picosecondes de 1 550 nm, et que les harmoniques secondes peuvent également être excitées efficacement avec une pompe laser continue de même longueur d'onde, avec une puissance seuil de quelques centaines de microwatts (Figure 1). De plus, lorsque la lumière de pompe est étendue à trois longueurs d'onde différentes d'un laser continu (1 270/1 550/1 590 nm), trois harmoniques secondes (2w1, 2w2, 2w3) et trois signaux de fréquence somme (w1+w2, w1+w3, w2+w3) sont observés à chacune des six longueurs d'onde de conversion de fréquence. En remplaçant la lumière de pompage par une source lumineuse à diode électroluminescente ultra-radiant (SLED) d'une largeur de bande de 79,3 nm, une seconde harmonique à large spectre d'une largeur de bande de 28,3 nm est générée (figure 2). De plus, si la technologie de dépôt chimique en phase vapeur peut être utilisée pour remplacer la technologie de transfert à sec dans cette étude, et si moins de couches de cristaux de séléniure de gallium peuvent être formées à la surface de la micro-nanofibre sur de longues distances, l'efficacité de conversion de la seconde harmonique devrait être encore améliorée.
FIG. 1 Système de génération de deuxième harmonique et résultats dans une structure entièrement en fibres
Figure 2 Mélange multi-longueurs d'onde et seconds harmoniques à large spectre sous pompage optique continu
Date de publication : 20 mai 2024