넓은 스펙트럼에서 2차 고조파의 여기

넓은 스펙트럼에서 2차 고조파의 여기

1960년대 2차 비선형 광학 효과가 발견된 이래로 연구자들의 폭넓은 관심을 불러일으켰으며, 지금까지 2차 고조파와 주파수 효과를 기반으로 극자외선에서 원적외선 대역까지 다양한 파장의 빛을 만들어냈습니다.레이저, 레이저 개발을 크게 촉진했습니다.광학정보 처리, 고해상도 현미경 이미징 및 기타 분야. 비선형에 따르면광학편광 이론에 따르면, 짝수차 비선형 광학 효과는 결정 대칭과 밀접한 관련이 있으며, 비중심 반전 대칭 매질에서만 비선형 계수가 0이 되는 것은 아닙니다. 가장 기본적인 2차 비선형 효과인 2차 고조파는 비정질 형태와 중심 반전 대칭성 때문에 석영 광섬유에서의 생성 및 효과적인 사용을 크게 저해합니다. 현재 편광 방식(광 편광, 열 편광, 전계 편광)은 광섬유의 재료 중심 반전 대칭성을 인위적으로 파괴하고 광섬유의 2차 비선형성을 효과적으로 개선할 수 있습니다. 그러나 이 방법은 복잡하고 까다로운 제조 기술을 필요로 하며, 불연속 파장에서만 준위상 정합 조건을 충족할 수 있습니다. 에코 벽 모드에 기반한 광섬유 공진 링은 2차 고조파의 넓은 스펙트럼 여기를 제한합니다. 광섬유 표면 구조의 대칭성을 깨뜨림으로써 특수 구조 광섬유의 표면 2차 고조파는 어느 정도 향상되지만, 여전히 매우 높은 피크 전력을 갖는 펨토초 펌프 펄스에 의존합니다. 따라서 모든 광섬유 구조에서 2차 비선형 광학 효과의 발생과 변환 효율의 향상, 특히 저전력 연속 광 펌핑에서 광범위한 스펙트럼 2차 고조파의 발생은 비선형 광섬유 및 장치 분야에서 해결해야 할 기본 문제이며 중요한 과학적 의의와 광범위한 응용 가치를 가지고 있습니다.

중국의 한 연구팀은 마이크로-나노 광섬유를 이용한 층상 갈륨셀레나이드 결정상 집적 방식을 제안했습니다. 갈륨셀레나이드 결정의 높은 2차 비선형성과 장거리 정렬 특성을 활용하여, 넓은 스펙트럼의 2차 고조파 여기 및 다중 주파수 변환 공정을 구현하여 광섬유의 다중 매개변수 공정 향상 및 광대역 2차 고조파 생성을 위한 새로운 솔루션을 제공합니다.광원. 이 계획에서 2차 고조파 및 합 주파수 효과의 효율적인 여기는 주로 다음 세 가지 핵심 조건에 따라 달라집니다. 갈륨 셀레나이드와 빛-물질 상호 작용 거리가 길다는 것입니다.마이크로나노 섬유, 층상 갈륨셀레나이드 결정의 높은 2차 비선형성과 장거리 질서, 그리고 기본 주파수와 주파수 배가 모드의 위상 정합 조건이 만족됩니다.

실험에서, 화염 주사 테이퍼링 시스템으로 제조된 마이크로-나노 광섬유는 밀리미터 단위의 균일한 원뿔 영역을 가지며, 이는 펌프 광과 2차 고조파에 긴 비선형 작용 길이를 제공합니다. 집적된 갈륨 셀레나이드 결정의 2차 비선형 편광도는 170pm/V를 초과하며, 이는 광섬유의 고유 비선형 편광도보다 훨씬 높습니다. 또한, 갈륨 셀레나이드 결정의 장거리 정렬 구조는 2차 고조파의 연속적인 위상 간섭을 보장하여 마이크로-나노 광섬유의 긴 비선형 작용 길이의 장점을 최대한 활용합니다. 더 중요한 것은, 마이크로-나노 광섬유 제조 과정에서 원뿔 직경을 제어하고 도파관 분산을 조절함으로써 펌핑 광학 기반 모드(HE11)와 2차 고조파 고차 모드(EH11, HE31) 간의 위상 정합을 실현한다는 것입니다.

위의 조건들은 마이크로-나노 파이버에서 2차 고조파의 효율적이고 광대역 여기를 위한 기반을 마련합니다. 실험 결과, 1550 nm 피코초 펄스 레이저 펌프에서 나노와트 수준의 2차 고조파 출력을 얻을 수 있으며, 동일 파장의 연속 레이저 펌프에서도 2차 고조파를 효율적으로 여기할 수 있으며, 문턱 전력은 수백 마이크로와트 정도로 낮습니다(그림 1). 또한, 펌프 광을 연속 레이저의 세 가지 다른 파장(1270/1550/1590 nm)으로 확장하면, 6개의 주파수 변환 파장 각각에서 세 개의 2차 고조파(2w1, 2w2, 2w3)와 세 개의 합 주파수 신호(w1+w2, w1+w3, w2+w3)가 관찰됩니다. 펌프 광을 79.3nm 대역폭의 초고복사 발광 다이오드(SLED) 광원으로 대체함으로써 28.3nm 대역폭의 넓은 스펙트럼 2차 고조파가 생성된다(그림 2). 또한, 본 연구에서 건식 전사 기술을 화학 기상 증착 기술로 대체하고, 마이크로나노 파이버 표면에 더 적은 층의 갈륨 셀레나이드 결정을 장거리에 걸쳐 성장시킬 수 있다면, 2차 고조파 변환 효율이 더욱 향상될 것으로 예상된다.

그림 1 2차 고조파 생성 시스템 및 전체 광섬유 구조의 결과

그림 2 연속 광 펌핑 하의 다중 파장 혼합 및 광 스펙트럼 2차 고조파