การกระตุ้นฮาร์โมนิกที่สองในสเปกตรัมกว้าง

การกระตุ้นฮาร์โมนิกที่สองในสเปกตรัมกว้าง

นับตั้งแต่การค้นพบเอฟเฟกต์แสงแบบไม่เชิงเส้นลำดับที่สองในคริสต์ทศวรรษ 1960 ได้กระตุ้นความสนใจอย่างกว้างขวางของนักวิจัย จนถึงขณะนี้ โดยอิงจากเอฟเฟกต์ฮาร์มอนิกที่สอง และเอฟเฟกต์ความถี่ ได้ผลิตจากรังสีอัลตราไวโอเลตขั้นรุนแรงไปจนถึงแถบอินฟราเรดไกลของเลเซอร์ส่งเสริมการพัฒนาเลเซอร์อย่างมากแสงการประมวลผลข้อมูล การถ่ายภาพด้วยกล้องจุลทรรศน์ความละเอียดสูง และสาขาอื่นๆ ตามแบบไม่เชิงเส้นเลนส์และทฤษฎีโพลาไรเซชัน เอฟเฟกต์แสงแบบไม่เชิงเส้นลำดับคู่มีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับสมมาตรของคริสตัล และค่าสัมประสิทธิ์ไม่เชิงเส้นไม่ได้เป็นศูนย์เฉพาะในสื่อสมมาตรแบบผกผันที่ไม่เป็นศูนย์กลางเท่านั้น เนื่องจากเป็นเอฟเฟกต์แบบไม่เชิงเส้นลำดับที่สองที่เป็นพื้นฐานที่สุด ฮาร์โมนิกที่สองจึงขัดขวางการสร้างและการใช้งานอย่างมีประสิทธิภาพในไฟเบอร์ควอตซ์อย่างมาก เนื่องจากรูปแบบอสัณฐานและความสมมาตรของการผกผันที่ศูนย์กลาง ในปัจจุบัน วิธีการโพลาไรเซชัน (โพลาไรเซชันแบบแสง โพลาไรเซชันความร้อน โพลาไรเซชันของสนามไฟฟ้า) สามารถทำลายความสมมาตรของการผกผันของศูนย์กลางวัสดุของใยแก้วนำแสงได้อย่างเทียม และปรับปรุงความไม่เชิงเส้นลำดับที่สองของใยแก้วนำแสงได้อย่างมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม วิธีการนี้ต้องใช้เทคโนโลยีการเตรียมการที่ซับซ้อนและมีความต้องการสูง และสามารถตอบสนองเงื่อนไขการจับคู่แบบกึ่งเฟสที่ความยาวคลื่นแยกกันเท่านั้น วงแหวนเรโซแนนซ์ของไฟเบอร์ออปติกที่ใช้โหมดผนังสะท้อนจะจำกัดการกระตุ้นคลื่นความถี่กว้างของฮาร์โมนิกที่สอง ด้วยการทำลายความสมมาตรของโครงสร้างพื้นผิวของไฟเบอร์ ฮาร์โมนิคที่สองของพื้นผิวในไฟเบอร์โครงสร้างพิเศษจึงได้รับการปรับปรุงในระดับหนึ่ง แต่ยังคงขึ้นอยู่กับพัลส์ปั๊ม femtosecond ที่มีกำลังสูงสุดที่สูงมาก ดังนั้น การสร้างเอฟเฟกต์แสงแบบไม่เชิงเส้นลำดับที่สองในโครงสร้างไฟเบอร์ทั้งหมดและการปรับปรุงประสิทธิภาพการแปลง โดยเฉพาะอย่างยิ่งการสร้างฮาร์โมนิกวินาทีสเปกตรัมกว้างในการปั๊มแสงแบบต่อเนื่องที่ใช้พลังงานต่ำ จึงเป็นปัญหาพื้นฐานที่ต้องแก้ไข ในด้านใยแก้วนำแสงและอุปกรณ์ไม่เชิงเส้น และมีความสำคัญทางวิทยาศาสตร์ที่สำคัญและมูลค่าการใช้งานที่กว้างขวาง

ทีมวิจัยในประเทศจีนได้เสนอโครงการบูรณาการเฟสคริสตัลแกลเลียมซีลีไนด์แบบหลายชั้นกับเส้นใยไมโครนาโน ด้วยการใช้ประโยชน์จากความไม่เชิงเส้นลำดับที่สองที่สูงและการเรียงลำดับระยะยาวของผลึกแกลเลียม selenide ทำให้เกิดการกระตุ้นฮาร์โมนิกที่สองในวงกว้างและกระบวนการแปลงหลายความถี่ ถือเป็นโซลูชันใหม่สำหรับการปรับปรุงกระบวนการแบบหลายพารามิเตอร์ใน ไฟเบอร์และการเตรียมเซ็กกันฮาร์โมนิกบรอดแบนด์แหล่งกำเนิดแสง- การกระตุ้นที่มีประสิทธิภาพของเอฟเฟกต์ฮาร์มอนิกที่สองและความถี่รวมในโครงการส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขสำคัญสามประการต่อไปนี้: ระยะห่างอันตรกิริยาระหว่างสสารแสงที่ยาวระหว่างแกลเลียมซีลีไนด์และเส้นใยไมโครนาโนความไม่เชิงเส้นลำดับที่สองสูงและลำดับระยะยาวของคริสตัลแกลเลียมเซเลไนด์แบบชั้น และเงื่อนไขการจับคู่เฟสของความถี่พื้นฐานและโหมดการเพิ่มความถี่เป็นสองเท่า

ในการทดลอง เส้นใยไมโครนาโนที่เตรียมโดยระบบเทเปอร์สแกนด้วยเปลวไฟจะมีบริเวณกรวยที่สม่ำเสมอในระดับมิลลิเมตร ซึ่งให้ความยาวการกระทำแบบไม่เชิงเส้นที่ยาวสำหรับไฟปั๊มและคลื่นฮาร์มอนิกที่สอง ความสามารถเชิงโพลาไรซ์แบบไม่เชิงเส้นลำดับที่สองของคริสตัลแกลเลียมเซเลไนด์ในตัวนั้นมีค่าเกินกว่า 170 pm/V ซึ่งสูงกว่าความสามารถโพลาไรซ์แบบไม่เชิงเส้นภายในของใยแก้วนำแสงมาก นอกจากนี้ โครงสร้างที่สั่งการในระยะไกลของคริสตัลแกลเลียม ซีลีไนด์ยังรับประกันการรบกวนเฟสต่อเนื่องของฮาร์โมนิกที่สอง ให้การเล่นเต็มรูปแบบโดยได้เปรียบจากความยาวการกระทำแบบไม่เชิงเส้นขนาดใหญ่ในเส้นใยไมโครนาโน ที่สำคัญกว่านั้น การจับคู่เฟสระหว่างโหมดฐานแสงการสูบน้ำ (HE11) และโหมดลำดับสูงฮาร์มอนิกที่สอง (EH11, HE31) เกิดขึ้นได้โดยการควบคุมเส้นผ่านศูนย์กลางของกรวย จากนั้นควบคุมการกระจายตัวของท่อนำคลื่นระหว่างการเตรียมเส้นใยไมโครนาโน

เงื่อนไขข้างต้นเป็นรากฐานสำหรับการกระตุ้นฮาร์โมนิกที่สองในแถบความถี่กว้างที่มีประสิทธิภาพและในไมโครนาโนไฟเบอร์ การทดลองแสดงให้เห็นว่าเอาท์พุตของฮาร์โมนิกที่สองที่ระดับนาโนวัตต์สามารถทำได้ภายใต้ปั๊มเลเซอร์พัลส์พิโควินาทีขนาด 1550 นาโนเมตร และฮาร์โมนิคที่สองยังสามารถถูกกระตุ้นได้อย่างมีประสิทธิภาพภายใต้ปั๊มเลเซอร์ต่อเนื่องที่มีความยาวคลื่นเท่ากัน และกำลังเกณฑ์จะเป็นดังนี้ ต่ำถึงหลายร้อยไมโครวัตต์ (ภาพที่ 1) นอกจากนี้ เมื่อไฟปั๊มขยายออกไปเป็นความยาวคลื่นที่แตกต่างกันสามช่วงของเลเซอร์ต่อเนื่อง (1270/1550/1590 นาโนเมตร) ฮาร์โมนิคสามวินาที (2w1, 2w2, 2w3) และสัญญาณความถี่รวมสามสัญญาณ (w1+w2, w1+w3, w2+ w3) ถูกสังเกตที่แต่ละความยาวคลื่นการแปลงความถี่ทั้งหกช่วง ด้วยการแทนที่ไฟปั๊มด้วยแหล่งกำเนิดแสงไดโอดเปล่งแสงอัลตร้าเรเดียน (SLED) ที่มีแบนด์วิธ 79.3 นาโนเมตร จะทำให้เกิดฮาร์โมนิกวินาทีสเปกตรัมกว้างที่มีแบนด์วิธ 28.3 นาโนเมตร (รูปที่ 2) นอกจากนี้ หากสามารถใช้เทคโนโลยีการสะสมไอสารเคมีเพื่อทดแทนเทคโนโลยีการถ่ายโอนแบบแห้งในการศึกษานี้ และสามารถปลูกผลึกแกลเลียมซีลีไนด์จำนวนน้อยลงบนพื้นผิวของเส้นใยไมโครนาโนในระยะทางไกล ก็คาดว่าจะมีประสิทธิภาพการแปลงฮาร์มอนิกที่สอง จะได้รับการปรับปรุงให้ดียิ่งขึ้น

มะเดื่อ. ระบบการสร้างฮาร์มอนิก 1 วินาทีและผลลัพธ์เป็นโครงสร้างไฟเบอร์ทั้งหมด

รูปที่ 2 การผสมหลายความยาวคลื่นและฮาร์โมนิกวินาทีสเปกตรัมกว้างภายใต้การสูบแสงแบบต่อเนื่อง