Teknologi Generasi Harmonik Kedua dalam Serat Optik
Kedua - Order Nonlinearity adalah sangat penting dalam pelbagai aplikasi, termasuk metrologi kekerapan ketepatan, jam optik, pengimejan molekul, dan pemprosesan maklumat kuantum. Serat optik, disebabkan oleh nonlineariti dan kepakmaan yang tinggi, adalah platform yang ideal untuk mengkaji kesan tak linear. Walau bagaimanapun, simetri penyongsangan gentian optik menjadikannya sukar untuk mencapai kesan kedua -dua -, dengan itu menghalang penyelidikan pada semua - serat kedua - Order Nonlinearity.
Pada masa ini, penyelidik telah dapat mencapai generasi harmonik kedua (SHG) secara langsung dalam inti atau pelapisan serat optik. Fasa - syarat -syarat yang sepadan untuk SHG dalam gentian optik terutamanya berpuas hati melalui teknik seperti pemadanan fasa yang dianjurkan,-, quasi - pemadanan fasa, dan bahan bersepadu - pemadanan fasa yang dibantu. Walau bagaimanapun, teknologi SHG dalam gentian optik masih menghadapi pelbagai cabaran, seperti pemisahan sumber gelombang asas (FW) dan medium SHG, kuasa output purata rendah, dan keperluan untuk proses pra -proses yang kompleks. Di samping itu, beberapa kajian telah menggunakan fasa radiasi Cherenkov untuk mencapai SHG; Walau bagaimanapun, harmonik kedua (SH) tidak dijana dalam teras tetapi dalam pelapisan, menyebabkan ia menjadi mod kebocoran dengan kerosakan kuasa pesat dan kualiti rasuk yang lemah. Bagaimana untuk menjana secara langsung tinggi - beam - kualiti SH dalam teras menggunakan struktur serat - tanpa penyiasatan lanjut.
Novel All - Struktur rongga rawak serat secara langsung menjana tinggi - beam - kualiti harmonik kedua dalam teras serat
Baru -baru ini, Pasukan Penyelidikan Teknologi Laser Advanced di Jabatan Precision Instruments, Tsinghua University, mencapai semua - serat tinggi - beam - SHG kualiti dalam teras serat dalam laser serat rawak. Dari segi keuntungan, pemadanan fasa terutamanya dicapai melalui medan elektrik berkala yang disebabkan oleh FW dan SH, sambil menggunakan spasi pasif - mekanisme modulasi keuntungan temporal laser rawak dan meningkatkan panjang keuntungan tak linear untuk meningkatkan keuntungan harmonik kedua. Dari segi maklum balas, mekanisme maklum balas yang diedarkan dan peranti maklum balas titik digabungkan untuk membentuk rongga resonan rawak untuk SH. Dalam eksperimen, SHG tidak memerlukan masa penyediaan atau pra -proses. Oleh kerana konfigurasi keuntungan dan maklum balas yang unik, FW dan SH dihasilkan dari rongga rawak yang sama, dan SH secara langsung output dari teras serat, dengan kuasa keluaran purata 10.06 MW. Di samping itu, kajian ini mencadangkan model teoretikal yang inovatif yang pasangan sendiri - teori SHG yang dianjurkan dengan persamaan Schrödinger yang tidak linear, membolehkan simulasi disegerakkan evolusi spektrum SH dan FW. Struktur ini sepenuhnya memanfaatkan kelebihan gentian optik, mencapai semua - serat tinggi - beam - SHG berkualiti dalam teras serat, dengan aplikasi yang berpotensi dalam penderiaan alam sekitar, komunikasi gentian optik, dan kekerapan optik.
Penemuan itu diterbitkan dalam edisi Mac 2025 Sains dan Kejuruteraan Laser Tinggi (YoUSi Yang, Dan Li, Pei Li, Guohao Fu, Tiancheng Qi, Yijie Zhang, Ping Yan, Mali Gong, Qirong Xiao, Eng . 13, 03000E41 (2025)).
Struktur laser serat rawak ditunjukkan dalam Rajah 1. Lampu output dari sumber pam diod laser ditambah ke dalam pelapisan serat melalui gabungan dan disuntik ke dalam serat doped ytterbium -, di mana cahaya pam ditukar menjadi gelombang fundamental. Lampu teras kemudian disuntik ke dalam serat komunikasi panjang 1 - -, dengan outputnya berakhir bersudut untuk mengelakkan gandingan refleksi Fresnel ke dalam teras. Dalam arah output terbalik, gentian isyarat gabungan disambungkan ke reflektif yang tinggi -, membentuk separuh rongga laser rawak ytterbium-doped yang tinggi. Hujung lain dari grating disambungkan ke lengan tunggal 2 × 1 coupler, manakala dua lengan lain dari coupler secara langsung bersatu untuk membentuk cermin cincin serat.
Rajah 1 (a) rajah persediaan eksperimen (pam LD: sumber pam diod laser; hr fbg: tinggi - gentian reflektiviti bragg grating; ydf: ytterbium - serat doped; gdf: germanium - (b) keuntungan harmonik dan prinsip maklum balas kedua; (c) tempat laser harmonik kedua selepas pemprosesan pelukis pelindung; (d) cahaya yang kelihatan dalam serat semasa mengepam
Eksperimen ini menggunakan struktur rongga rawak dua kali ganda, dengan rongga dalaman yang dibentuk oleh gentian gentian refleksi yang tinggi - sebagai grating sebagai ytterbium - rongga doped, dan rongga luar yang mencapai maklum balas jalur lebar melalui cermin cincin. Spektrum dan kuasa output ditunjukkan dalam Rajah 2. Apabila kuasa pam mendekati ambang, puncak utama muncul dalam spektrum yang disertai dengan puncak bunyi rawak, yang berasal dari kesan modulasi- q akibat penyebaran rayleigh dan stimulasi brillouin. Pada ketika ini, masa - Domain Pulse kuat menggembirakan harmonik kedua 535 nm. Apabila kuasa pam melebihi ambang Raman yang dilapisi, spektrum melebar ke dalam supercontinuum (680-2116 nm). Di rantau inframerah - berhampiran, gelombang asas dan lebih tinggi - Order Stokes Light mengambil bahagian dalam SHG, menghasilkan puncak utama pada 592 nm dalam band SH. Ini kerana cahaya oren mempunyai kerugian yang rendah dan kuasa cahaya Raman 1184 nm cukup.
Rajah 2 spektrum output pada kuasa FW (a) 0.65 W, (b) 13.6 W, dan (c) 20.88 W; (d) Perbandingan spektrum SH; (e) kuasa output SH
Selain itu, peranti penapis optik digunakan untuk mengeluarkan cahaya sesat di atas 680 nm untuk mengkaji ciri -ciri domain masa -. Rajah 3 (a) menunjukkan bahawa bentuk gelombang SH mempamerkan turun naik intensiti yang ketara pada kuasa asas yang berbeza, dengan beberapa denyutan jauh melebihi intensiti purata, menunjukkan kemungkinan kehadiran gelombang penyangak optik. Histogram statistik (Rajah 3 (b)) mendedahkan ciri pengedaran berbentuk l -, dengan kawasan kelabu yang mewakili latar belakang bunyi dan garis putus -putus menandakan amplitud puncak dua kali ganda ketinggian gelombang yang signifikan. Lebar nadi gelombang penyangak dalam Rajah 3 (c) adalah terhad oleh jalur lebar pengesan (yang mungkin lebih sempit dalam amalan). Oleh kerana perbezaan dalam fasa - kedudukan yang sepadan, SH pada panjang gelombang yang berbeza mempamerkan pelarasan halus dalam masa output, dengan puncak sekunder yang muncul bersama puncak utama, sepadan dengan komponen sh intensiti rendah - FW.
Rajah 3 masa - Ciri -ciri domain SH pada kuasa yang berbeza. a) lebar - masa - Range WaveForm. b) Masa - Histogram pengedaran intensiti domain. c) Single - Hasil Pengukuran Gelombang Pulse
Kajian ini mencadangkan kaedah SHG teras serat - yang sememangnya mempunyai keupayaan suntikan pam yang lebih kuat tanpa memerlukan pemprosesan khas. Di samping itu, struktur ini secara serentak menjana FW dan SH, menawarkan reka bentuk yang sangat bersepadu. Kajian lanjut termasuk merancang tindak balas maklum balas untuk penalaan panjang gelombang SH, meningkatkan kuasa pam untuk memenuhi aplikasi kuasa - yang lebih tinggi, dan menjalankan kajian kedalaman - pada fenomena gelombang ganjil.
