إثارة التوافقيات الثانية في نطاق واسع

إثارة التوافقيات الثانية في نطاق واسع

منذ اكتشاف التأثيرات البصرية غير الخطية من الدرجة الثانية في الستينيات، أثارت اهتمامًا واسعًا من الباحثين، حتى الآن، استنادًا إلى التأثيرات التوافقية الثانية، والترددات، أنتجت من الأشعة فوق البنفسجية القصوى إلى نطاق الأشعة تحت الحمراء البعيدةالليزرساهم بشكل كبير في تطوير الليزر،بصريمعالجة المعلومات والتصوير المجهري عالي الدقة وغيرها من المجالات. وفقا غير الخطيةبصرياتونظرية الاستقطاب، يرتبط التأثير البصري غير الخطي ذو الترتيب الزوجي ارتباطًا وثيقًا بالتناظر البلوري، والمعامل غير الخطي ليس صفرًا فقط في الوسائط المتماثلة غير المركزية. باعتبارها التأثير غير الخطي الأساسي من الدرجة الثانية، فإن التوافقيات الثانية تعيق بشكل كبير توليدها واستخدامها الفعال في ألياف الكوارتز بسبب الشكل غير المتبلور وتماثل الانقلاب المركزي. في الوقت الحاضر، يمكن لطرق الاستقطاب (الاستقطاب البصري، الاستقطاب الحراري، استقطاب المجال الكهربائي) أن تدمر بشكل مصطنع تماثل انعكاس مركز المادة للألياف الضوئية، وتحسن بشكل فعال اللاخطية من الدرجة الثانية للألياف الضوئية. ومع ذلك، تتطلب هذه الطريقة تكنولوجيا إعداد معقدة ومتطلبة، ولا يمكنها تلبية شروط مطابقة شبه الطور إلا عند أطوال موجية منفصلة. تحد حلقة رنين الألياف الضوئية المستندة إلى وضع جدار الصدى من إثارة الطيف الواسع للتوافقيات الثانية. من خلال كسر تماثل البنية السطحية للألياف، يتم تعزيز التوافقيات السطحية الثانية في ألياف البنية الخاصة إلى حد ما، ولكنها لا تزال تعتمد على نبض مضخة الفمتوثانية بقدرة ذروة عالية جدًا. ولذلك، فإن توليد تأثيرات بصرية غير خطية من الدرجة الثانية في جميع هياكل الألياف وتحسين كفاءة التحويل، وخاصة توليد التوافقيات الثانية واسعة الطيف في الضخ البصري المستمر منخفض الطاقة، هي المشاكل الأساسية التي تحتاج إلى حل في مجال الألياف الضوئية غير الخطية وأجهزتها، ولها أهمية علمية مهمة وقيمة تطبيقية واسعة.

اقترح فريق بحث في الصين مخطط تكامل طور بلورات سيلينيد الغاليوم مع ألياف النانو الدقيقة. من خلال الاستفادة من اللاخطية العالية من الدرجة الثانية والترتيب بعيد المدى لبلورات سيلينيد الغاليوم، يتم تحقيق إثارة توافقية ثانية واسعة النطاق وعملية تحويل متعددة الترددات، مما يوفر حلاً جديدًا لتعزيز العمليات متعددة المعلمات في الألياف وإعداد النطاق العريض التوافقي الثانيمصادر الضوء. يعتمد الإثارة الفعالة للتأثير التوافقي الثاني ومجموع التردد في المخطط بشكل أساسي على الشروط الرئيسية الثلاثة التالية: مسافة التفاعل الطويلة بين المادة الخفيفة بين سيلينيد الغاليوم وألياف النانو الدقيقة، تم استيفاء النظام اللاخطي العالي من الدرجة الثانية والترتيب طويل المدى لبلورة سيلينيد الغاليوم ذات الطبقات، وشروط مطابقة الطور للتردد الأساسي ووضع مضاعفة التردد.

في التجربة، تحتوي ألياف النانو الدقيقة التي تم إعدادها بواسطة نظام مسح اللهب المستدق على منطقة مخروطية موحدة بترتيب المليمتر، مما يوفر طول حركة غير خطي طويل لضوء المضخة والموجة التوافقية الثانية. تتجاوز قابلية الاستقطاب غير الخطية من الدرجة الثانية لبلورة سيلينيد الغاليوم المدمجة 170 مساءً / فولت، وهو أعلى بكثير من قابلية الاستقطاب غير الخطية الجوهرية للألياف الضوئية. علاوة على ذلك، يضمن الهيكل المنظم طويل المدى لبلورة سيلينيد الغاليوم تداخل الطور المستمر للتوافقيات الثانية، مما يتيح المجال كاملًا للاستفادة من طول الحركة غير الخطية الكبيرة في ألياف النانو الدقيقة. والأهم من ذلك، يتم تحقيق مطابقة الطور بين وضع القاعدة الضوئية للضخ (HE11) ووضع الترتيب العالي التوافقي الثاني (EH11، HE31) من خلال التحكم في قطر المخروط ومن ثم تنظيم تشتت الدليل الموجي أثناء تحضير ألياف النانو الدقيقة.

تضع الشروط المذكورة أعلاه الأساس للإثارة الفعالة وواسعة النطاق للتوافقيات الثانية في ألياف النانو الدقيقة. توضح التجربة أنه يمكن تحقيق خرج التوافقيات الثانية على مستوى النانووات تحت مضخة ليزر نبضية بيكو ثانية 1550 نانومتر، ويمكن أيضًا تحفيز التوافقيات الثانية بكفاءة تحت مضخة ليزر مستمرة بنفس الطول الموجي، وتكون قوة العتبة كما يلي: منخفضة تصل إلى عدة مئات من ميكرووات (الشكل 1). علاوة على ذلك، عندما يتم تمديد ضوء المضخة إلى ثلاثة أطوال موجية مختلفة من الليزر المستمر (1270/1550/1590 نانومتر)، وثلاث توافقيات ثانية (2w1، 2w2، 2w3) وثلاث إشارات ترددية إجمالية (w1+w2، w1+w3، w2+ w3) عند كل من الأطوال الموجية لتحويل التردد الستة. عن طريق استبدال ضوء المضخة بمصدر ضوء الصمام الثنائي الباعث للضوء (SLED) فائق الإشعاع مع عرض نطاق يبلغ 79.3 نانومتر، يتم إنشاء توافقي ثانٍ واسع النطاق مع عرض نطاق يبلغ 28.3 نانومتر (الشكل 2). بالإضافة إلى ذلك، إذا كان من الممكن استخدام تقنية ترسيب البخار الكيميائي لتحل محل تقنية النقل الجاف في هذه الدراسة، ويمكن زراعة طبقات أقل من بلورات سيلينيد الغاليوم على سطح ألياف النانو الدقيقة على مسافات طويلة، فمن المتوقع كفاءة التحويل التوافقي الثانية لمزيد من التحسين.

تين. 1 نظام التوليد التوافقي الثاني وينتج عنه بنية جميع الألياف

الشكل 2: خلط متعدد الأطوال الموجية والتوافقيات الثانية واسعة النطاق تحت الضخ البصري المستمر