Excitation des secondes harmoniques dans un large spectre
Depuis la découverte des effets optiques non linéaires du second ordre dans les années 1960, les chercheurs ont suscité un grand intérêt. Jusqu'à présent, sur la base des effets de deuxième harmonique et de fréquence, ils ont produit de l'extrême ultraviolet à l'infrarouge lointain.lasers, a grandement favorisé le développement du laser,optiquetraitement de l'information, imagerie microscopique à haute résolution et autres domaines. Selon non linéaireoptiqueet 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 d'inversion non centrale. En tant qu'effet non linéaire de second ordre le plus élémentaire, les secondes harmoniques entravent grandement leur génération et leur utilisation efficace dans la fibre de quartz en raison de leur forme amorphe et de la symétrie de l'inversion du centre. À l'heure actuelle, les méthodes de polarisation (polarisation optique, polarisation thermique, polarisation du champ électrique) peuvent détruire artificiellement la symétrie de l'inversion du centre du matériau de la fibre optique et améliorer efficacement la non-linéarité du second ordre de la fibre optique. Cependant, cette méthode nécessite une technologie de préparation complexe et exigeante et ne peut répondre aux conditions de quasi-adaptation de phase qu'à des longueurs d'onde discrètes. L'anneau résonant à fibre optique basé sur le mode mur d'écho limite l'excitation à large spectre des secondes harmoniques. En brisant la symétrie de la structure de surface de la fibre, les secondes harmoniques de surface dans la fibre à structure spéciale sont améliorées dans une certaine mesure, mais dépendent toujours de l'impulsion de pompe femtoseconde avec une puissance de crête très élevée. Par conséquent, la génération d’effets optiques non linéaires du second ordre dans les structures entièrement fibrées et l’amélioration de l’efficacité de conversion, en particulier la génération de secondes harmoniques à large spectre dans un pompage optique continu de faible puissance, sont les problèmes fondamentaux qui doivent être résolus. dans le domaine des fibres optiques et des dispositifs non linéaires, et ont une signification scientifique importante et une large valeur d'application.
Une équipe de recherche en Chine a proposé un schéma d'intégration de phase cristalline de séléniure de gallium en couches avec des micro-nanofibres. En tirant parti de la non-linéarité élevée du second ordre et de l'ordre à longue portée des cristaux de séléniure de gallium, un processus d'excitation de deuxième harmonique à large spectre et de conversion multifréquence est réalisé, offrant ainsi une nouvelle solution pour l'amélioration des processus multiparamétriques dans fibre et la préparation de deuxième harmonique à large bandesources lumineuses. L'excitation efficace de l'effet de deuxième harmonique et 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.
Dans l'expérience, la micro-nano fibre préparée par le système conique à balayage de flamme présente une région de cône uniforme de l'ordre du millimètre, ce qui fournit une longue longueur d'action non linéaire pour la lumière de pompe et la deuxième onde 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 secondes harmoniques, permettant ainsi de tirer pleinement parti de l'avantage de la grande longueur d'action non linéaire dans la micro-nano fibre. Plus important encore, l'adaptation de phase entre le mode de base optique de pompage (HE11) et le mode de deuxième harmonique d'ordre élevé (EH11, HE31) est réalisée en contrôlant le diamètre du cône, puis en régulant la dispersion du guide d'onde lors de la préparation de la micro-nano fibre.
Les conditions ci-dessus jettent les bases de l’excitation efficace et à large bande des secondes harmoniques dans les micro-nano fibres. L'expérience montre que la production de secondes harmoniques au niveau du nanowatt peut être obtenue sous la pompe laser à impulsion picoseconde de 1 550 nm, et que les secondes harmoniques peuvent également être excitées efficacement sous la pompe laser continue de la même longueur d'onde, et que la puissance de seuil est la même. aussi faible que plusieurs centaines de microwatts (Figure 1). De plus, lorsque la lumière de pompe est étendue à trois longueurs d'onde différentes de laser continu (1 270/1 550/1 590 nm), trois secondes harmoniques (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 pompe par une source de lumière à diode électroluminescente ultra-radiante (SLED) avec une bande passante de 79,3 nm, une seconde harmonique à large spectre avec une bande passante 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 que moins de couches de cristaux de séléniure de gallium peuvent être cultivées à la surface de micro-nanofibres sur de longues distances, l'efficacité de conversion de la deuxième harmonique est attendue. à encore améliorer.
FIGUE. 1 Système de génération de deuxième harmonique et résultats dans une structure entièrement fibreuse
Figure 2 Mélange multi-longueurs d'onde et secondes harmoniques à large spectre sous pompage optique continu
Heure de publication : 20 mai 2024