넓은 스펙트럼의 2차 고조파 여기

넓은 스펙트럼의 2차 고조파 여기

1960년대 2차 비선형 광학효과가 발견된 이후 연구자들의 폭넓은 관심을 불러일으켰으며, 지금까지 2차 고조파와 주파수 효과를 기반으로 극자외선부터 원적외선 대역까지의 파장을 생성해 왔다.레이저, 레이저 개발을 크게 촉진했으며,광학정보 처리, 고해상도 현미경 이미징 및 기타 분야. 비선형에 따르면광학및 편광 이론에 따르면, 짝수차 비선형 광학 효과는 결정 대칭과 밀접한 관련이 있으며, 비중심 반전 대칭 매체에서만 비선형 계수가 0이 아닙니다. 가장 기본적인 2차 비선형 효과인 2차 고조파는 비정질 형태와 중심 반전의 대칭성으로 인해 석영 섬유에서 생성 및 효과적인 사용을 크게 방해합니다. 현재 편광 방법(광학 편광, 열 편광, 전계 편광)은 광섬유의 재료 중심 반전 대칭성을 인위적으로 파괴하고 광섬유의 2차 비선형성을 효과적으로 향상시킬 수 있습니다. 그러나 이 방법은 복잡하고 까다로운 준비 기술이 필요하며 이산 파장의 준위상 정합 조건만 충족할 수 있습니다. 반향벽 모드를 기반으로 하는 광섬유 공진 링은 2차 고조파의 넓은 스펙트럼 여기를 제한합니다. 광섬유 표면 구조의 대칭성을 깨뜨림으로써 특수 구조 광섬유의 표면 2차 고조파는 어느 정도 향상되지만 여전히 피크 전력이 매우 높은 펨토초 펌프 펄스에 의존합니다. 따라서, All-Fiber 구조에서의 2차 비선형 광학 효과 생성과 변환 효율의 향상, 특히 저전력, 연속 광 펌핑에서 넓은 스펙트럼의 2차 고조파 생성은 해결해야 할 기본 문제입니다. 비선형 광섬유 및 장치 분야에서 중요한 과학적 중요성과 광범위한 응용 가치를 가지고 있습니다.

중국 연구팀은 마이크로 나노 섬유를 이용한 층상 갈륨 셀레나이드 결정 상 통합 방식을 제안했습니다. 갈륨 셀레나이드 결정의 높은 2차 비선형성과 장거리 정렬을 활용하여 넓은 스펙트럼의 2차 고조파 여기 및 다중 주파수 변환 프로세스가 실현되어 다중 매개변수 프로세스를 향상시키기 위한 새로운 솔루션을 제공합니다. 광섬유 및 광대역 2차 고조파 준비광원. 이 방식에서 2차 고조파 및 합 주파수 효과의 효율적인 여기는 주로 다음 세 가지 주요 조건에 따라 달라집니다. 갈륨 셀레나이드와 셀렌화물 사이의 긴 광물질 상호 작용 거리마이크로나노섬유, 층상 갈륨 셀레나이드 결정의 높은 2차 비선형성 및 장거리 차수, 기본 주파수 및 주파수 배가 모드의 위상 정합 조건이 만족됩니다.

실험에서 화염 스캐닝 테이퍼링 시스템으로 제조된 마이크로나노 섬유는 밀리미터 단위의 균일한 원뿔 영역을 가지며, 이는 펌프 광과 2차 고조파에 대해 긴 비선형 작용 길이를 제공합니다. 집적된 갈륨 셀레나이드 결정의 2차 비선형 분극도는 170pm/V를 초과하며 이는 광섬유의 고유 비선형 분극도보다 훨씬 높습니다. 또한 갈륨 셀레나이드 결정의 장거리 정렬 구조는 2차 고조파의 연속 위상 간섭을 보장하여 마이크로 나노 섬유의 큰 비선형 작용 길이의 장점을 최대한 활용합니다. 더 중요한 것은 펌핑 광학 기본 모드(HE11)와 2차 고조파 고차 모드(EH11, HE31) 사이의 위상 정합이 마이크로 나노 섬유를 준비하는 동안 콘 직경을 제어하고 도파관 분산을 조절함으로써 실현된다는 것입니다.

위의 조건은 마이크로 나노 섬유에서 2차 고조파의 효율적이고 광대역 여기를 위한 기초를 마련합니다. 실험에 따르면 1550 nm 피코초 펄스 레이저 펌프에서 나노와트 수준의 2차 고조파 출력이 달성될 수 있으며, 동일한 파장의 연속 레이저 펌프에서도 2차 고조파가 효율적으로 여기될 수 있으며 임계 전력은 다음과 같습니다. 수백 마이크로와트만큼 낮습니다(그림 1). 또한, 펌프광을 연속 레이저의 서로 다른 3가지 파장(1270/1550/1590 nm)으로 확장하면 3개의 2차 고조파(2w1, 2w2, 2w3)와 3개의 합 주파수 신호(w1+w2, w1+w3, w2+) w3)은 6개의 주파수 변환 파장 각각에서 관찰됩니다. 펌프 조명을 대역폭이 79.3nm인 초복사형 발광 다이오드(SLED) 광원으로 교체하면 대역폭이 28.3nm인 넓은 스펙트럼의 2차 고조파가 생성됩니다(그림 2). 또한, 본 연구에서 화학기상증착 기술을 이용하여 건식 전사 기술을 대체할 수 있고, 장거리에 걸쳐 마이크로나노 섬유 표면에 셀레나이드 갈륨 결정의 더 적은 층을 성장시킬 수 있다면 2차 고조파 변환 효율도 기대된다. 더욱 개선될 예정입니다.

무화과. 1 2차 고조파 발생 시스템 및 전체 섬유 구조 구현

그림 2 연속 광학 펌핑 하의 다중 파장 혼합 및 넓은 스펙트럼의 2차 고조파

 

 


게시 시간: 2024년 5월 20일