Excitation des harmoniques de second ordre dans un large spectre
Depuis la découverte des effets optiques non linéaires du second ordre dans les années 1960, ces effets ont suscité un vif intérêt chez les chercheurs. Jusqu'à présent, en se basant sur le second harmonique et les effets de fréquence, des dispositifs ont été produits dans la bande allant de l'ultraviolet extrême 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 la théorie non linéaireoptiqueEn 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 non symétriques par inversion centrale. En tant qu'effet non linéaire du second ordre le plus fondamental, les harmoniques de second ordre sont fortement limitées dans la fibre de quartz, en raison de sa forme amorphe et de la symétrie d'inversion centrale. Actuellement, les méthodes de polarisation (polarisation optique, thermique et par champ électrique) permettent de briser artificiellement la symétrie d'inversion centrale de la fibre optique et d'améliorer efficacement sa non-linéarité du second ordre. Cependant, cette méthode requiert une technologie de préparation complexe et exigeante, et ne satisfait les conditions de quasi-accord de phase qu'à des longueurs d'onde discrètes. L'anneau résonant de la fibre optique, basé sur le mode de paroi d'écho, limite l'excitation des harmoniques de second ordre sur un large spectre. En brisant la symétrie de la structure de surface de la fibre, les harmoniques de second ordre de surface sont amplifiées dans une certaine mesure dans les fibres à structure spéciale, mais restent dépendantes d'une impulsion de pompe femtoseconde de très haute puissance crête. 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 d'harmoniques de second ordre à large spectre dans un pompage optique continu à faible puissance, sont les problèmes fondamentaux qui doivent être résolus dans le domaine de l'optique et des dispositifs à fibres non linéaires, et revêtent une importance scientifique importante et une grande valeur d'application.
Une équipe de recherche chinoise a proposé un schéma d'intégration de phases cristallines de séléniure de gallium en couches avec une fibre micro-nano. Tirant parti de la forte non-linéarité du second ordre et de l'ordre à longue portée des cristaux de séléniure de gallium, une excitation de second harmonique à large spectre et un processus de conversion multifréquence sont réalisés, offrant une nouvelle solution pour l'amélioration des processus multiparamétriques dans la fibre et la préparation de signaux de second harmonique à large bande.sources lumineusesL'excitation efficace du second harmonique et de l'effet de somme de fréquences dans ce dispositif dépend principalement des trois conditions clés suivantes : la grande distance d'interaction lumière-matière entre le séléniure de gallium etmicro-nanofibre, la non-linéarité élevée du second ordre et l'ordre à longue portée du cristal de séléniure de gallium en couches, et les conditions d'accord de phase de la fréquence fondamentale et du mode de doublage de fréquence sont satisfaites.
Dans cette expérience, la micro-nanofibre, préparée par le système d'effilage par balayage de flamme, présente une zone conique uniforme de l'ordre du millimètre, ce qui confère une grande longueur d'action non linéaire à la lumière de pompe et à l'onde du second harmonique. La polarisabilité non linéaire du second ordre du cristal de séléniure de gallium intégré dépasse 170 pm/V, valeur bien supérieure 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 seconds harmoniques, exploitant pleinement l'avantage de la grande longueur d'action non linéaire de la micro-nanofibre. Plus important encore, l'accord de phase entre le mode optique de base de pompe (HE11) et le mode d'ordre élevé du second harmonique (EH11, HE31) est obtenu en contrôlant le diamètre du cône, puis en ajustant la dispersion du guide d'ondes lors de la préparation de la micro-nanofibre.
Les conditions décrites ci-dessus constituent le fondement d'une excitation efficace et à large bande des harmoniques de second ordre dans les micro-nanofibres. L'expérience montre qu'une puissance de sortie de l'ordre du nanowatt peut être obtenue sous pompage laser pulsé picoseconde à 1550 nm. Les harmoniques de second ordre peuvent également être excitées efficacement sous pompage laser continu à la même longueur d'onde, avec un seuil de puissance aussi bas que quelques centaines de microwatts (Figure 1). De plus, lorsque la lumière de pompage est étendue à trois longueurs d'onde différentes (1270/1550/1590 nm), trois harmoniques de second ordre (2w1, 2w2, 2w3) et trois signaux de somme de fréquences (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 diode électroluminescente ultra-lumineuse (SLED) d'une bande passante de 79,3 nm, on génère un second harmonique à large spectre d'une bande passante de 28,3 nm (Figure 2). De plus, si la technique de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) peut remplacer la technique de transfert à sec utilisée dans cette étude, et si un nombre réduit de couches de cristaux de séléniure de gallium peut être déposé sur la surface des micro-nanofibres sur de longues distances, l'efficacité de conversion du second harmonique devrait être encore améliorée.
FIG. 1 Système de génération de seconde harmonique et résultats dans une structure entièrement en fibre
Figure 2 Mélange multi-longueurs d'onde et harmoniques de second ordre à large spectre sous pompage optique continu
Date de publication : 20 mai 2024