広いスペクトルでの第二高調波の励起

広いスペクトルでの第二高調波の励起

1960 年代に二次非線形光学効果が発見されて以来、研究者の幅広い関心を呼び起こしており、これまでに、第二高調波および周波数効果に基づいて、極紫外線から遠赤外線帯域までの光が生成されてきました。レーザー、レーザーの開発を大きく推進し、光学的情報処理、高解像度顕微鏡イメージングなどの分野。非線形によると光学と偏光理論によると、偶数次の非線形光学効果は結晶対称性と密接に関係しており、非中心反転対称媒質でのみ非線形係数がゼロではありません。最も基本的な 2 次の非線形効果である第 2 高調波は、アモルファス形状と中心反転の対称性により、石英ファイバー内での生成と効果的な使用を大きく妨げます。現在、分極法（光分極、熱分極、電場分極）は、光ファイバーの材料中心反転の対称性を人為的に破壊し、光ファイバーの二次非線形性を効果的に改善することができます。ただし、この方法は複雑で要求の厳しい準備技術を必要とし、離散波長での擬似位相整合条件のみを満たすことができます。エコーウォールモードに基づく光ファイバー共振リングは、第 2 高調波の広いスペクトルの励起を制限します。ファイバの表面構造の対称性を崩すことにより、特殊構造ファイバの表面第二高調波はある程度強化されますが、依然として非常に高いピークパワーを持つフェムト秒ポンプパルスに依存します。したがって、全ファイバ構造における二次非線形光学効果の生成と変換効率の改善、特に低出力の連続光ポンピングにおける広スペクトルの第二高調波の生成は、解決すべき基本的な問題である。非線形光ファイバーとデバイスの分野で重要な科学的意義と幅広い応用価値を持っています。

中国の研究チームは、マイクロナノファイバーを用いた層状セレン化ガリウム結晶相統合スキームを提案した。セレン化ガリウム結晶の高い二次非線形性と長距離秩序を利用することにより、広スペクトルの第二高調波励起とマルチ周波数変換プロセスが実現され、マルチパラメトリックプロセスを強化するための新しいソリューションを提供します。ファイバーと広帯域第二高調波の準備光源。この方式における第 2 高調波と和周波効果の効率的な励起は、主に次の 3 つの重要な条件に依存します。 セレン化ガリウムとセレン化ガリウムの間の光物質相互作用距離が長いこと。マイクロナノファイバー、層状セレン化ガリウム結晶の高い二次非線形性と長距離秩序、および基本周波数と周波数倍増モードの位相整合条件が満たされています。

実験では、火炎走査テーパー方式で作製したマイクロ・ナノファイバーはミリメートルオーダーの均一な錐体領域を有しており、ポンプ光と第二高調波に対して長い非線形作用長が得られた。集積されたセレン化ガリウム結晶の二次非線形分極率は 170 pm/V を超え、光ファイバーの固有の非線形分極率よりもはるかに高くなります。さらに、セレン化ガリウム結晶の長距離秩序構造により、第二高調波の連続位相干渉が保証され、マイクロ・ナノファイバーの大きな非線形作用長の利点が最大限に発揮されます。さらに重要なことは、励起光の基本モード (HE11) と第 2 高調波高次モード (EH11、HE31) の間の位相整合は、マイクロ ナノ ファイバーの作製時にコーン径を制御し、導波路分散を制御することによって実現されることです。

上記の条件は、マイクロナノファイバーにおける第二高調波の効率的かつ広帯域励起の基礎を築きます。実験は、ナノワットレベルの第二高調波の出力が1550nmピコ秒パルスレーザーポンプ下で達成でき、第二高調波も同じ波長の連続レーザーポンプ下で効率的に励起できることを示し、閾値パワーは次のとおりです。数百マイクロワットという低さです (図 1)。さらに、ポンプ光が連続レーザーの 3 つの異なる波長 (1270/1550/1590 nm)、3 つの第 2 高調波 (2w1、2w2、2w3)、および 3 つの和周波信号 (w1+w2、w1+w3、w2+) に拡張されると、 w3) は 6 つの周波数変換波長のそれぞれで観察されます。ポンプ光を帯域幅 79.3 nm の超放射発光ダイオード (SLED) 光源に置き換えることにより、帯域幅 28.3 nm の広スペクトルの第 2 高調波が生成されます (図 2)。さらに、今回の乾式転写技術の代わりに化学蒸着技術を使用することができ、より少ない層のガリウムセレン化結晶をマイクロ・ナノファイバーの表面に長距離にわたって成長させることができれば、第二高調波変換効率の向上が期待できるさらに改善される予定です。

イチジク。 1 第二高調波発生システムとオールファイバー構造の実現

図 2 連続光ポンピング下の多波長混合と広スペクトル第 2 高調波