एक विस्तृत स्पेक्ट्रम में द्वितीय हार्मोनिक्स का उत्तेजन

एक विस्तृत स्पेक्ट्रम में द्वितीय हार्मोनिक्स का उत्तेजन

1960 के दशक में द्वितीय क्रम के गैर-रेखीय प्रकाशीय प्रभावों की खोज के बाद से, शोधकर्ताओं की व्यापक रुचि जागृत हुई है, और अब तक, द्वितीय हार्मोनिक और आवृत्ति प्रभावों के आधार पर, चरम पराबैंगनी से लेकर सुदूर अवरक्त बैंड तक के प्रभावों का अध्ययन किया गया है।पराबैंगनीकिरणइससे लेजर के विकास को काफी बढ़ावा मिला।ऑप्टिकलसूचना प्रसंस्करण, उच्च-रिज़ॉल्यूशन सूक्ष्मदर्शी इमेजिंग और अन्य क्षेत्रों में। गैर-रेखीय के अनुसारप्रकाशिकीध्रुवीकरण सिद्धांत के अनुसार, सम-कोटि का अरैखिक प्रकाशीय प्रभाव क्रिस्टल समरूपता से घनिष्ठ रूप से संबंधित है, और अरैखिक गुणांक केवल गैर-केंद्रीय व्युत्क्रम सममित माध्यमों में ही शून्य नहीं होता है। सबसे मूलभूत द्वितीय-कोटि अरैखिक प्रभाव के रूप में, द्वितीय हार्मोनिक्स क्वार्ट्ज फाइबर में उनके उत्पादन और प्रभावी उपयोग में भारी बाधा डालते हैं, क्योंकि इसका स्वरूप अनाकार होता है और केंद्र व्युत्क्रम की समरूपता होती है। वर्तमान में, ध्रुवीकरण विधियाँ (प्रकाशिक ध्रुवीकरण, तापीय ध्रुवीकरण, विद्युत क्षेत्र ध्रुवीकरण) प्रकाशीय फाइबर के पदार्थ केंद्र व्युत्क्रम की समरूपता को कृत्रिम रूप से नष्ट कर सकती हैं, और प्रकाशीय फाइबर की द्वितीय-कोटि अरैखिकता को प्रभावी ढंग से सुधार सकती हैं। हालांकि, इस विधि के लिए जटिल और मांग वाली तैयारी तकनीक की आवश्यकता होती है, और यह केवल असतत तरंग दैर्ध्य पर अर्ध-चरण मिलान की स्थितियों को पूरा कर सकती है। प्रतिध्वनि दीवार मोड पर आधारित प्रकाशीय फाइबर अनुनाद वलय द्वितीय हार्मोनिक्स के व्यापक स्पेक्ट्रम उत्तेजना को सीमित करता है। फाइबर की सतह संरचना की समरूपता को भंग करके, विशेष संरचना वाले फाइबर में सतही द्वितीय हार्मोनिक्स को एक निश्चित सीमा तक बढ़ाया जा सकता है, लेकिन फिर भी यह बहुत उच्च शिखर शक्ति वाले फेम्टोसेकंड पंप पल्स पर निर्भर करता है। इसलिए, सर्व-फाइबर संरचनाओं में द्वितीय-क्रम गैर-रेखीय प्रकाशिक प्रभावों का उत्पादन और रूपांतरण दक्षता में सुधार, विशेष रूप से कम शक्ति वाले निरंतर प्रकाशिक पंपिंग में व्यापक स्पेक्ट्रम द्वितीय हार्मोनिक्स का उत्पादन, गैर-रेखीय फाइबर प्रकाशिकी और उपकरणों के क्षेत्र में हल किए जाने वाले मूलभूत मुद्दे हैं, और इनका महत्वपूर्ण वैज्ञानिक महत्व और व्यापक अनुप्रयोग मूल्य है।

चीन की एक शोध टीम ने माइक्रो-नैनो फाइबर के साथ स्तरित गैलियम सेलेनाइड क्रिस्टल चरण एकीकरण योजना का प्रस्ताव दिया है। गैलियम सेलेनाइड क्रिस्टल की उच्च द्वितीय-क्रम अरैखिकता और दीर्घ-श्रेणी क्रम का लाभ उठाते हुए, एक व्यापक स्पेक्ट्रम द्वितीय-हार्मोनिक उत्तेजना और बहु-आवृत्ति रूपांतरण प्रक्रिया को साकार किया गया है, जो फाइबर में बहु-पैरामीट्रिक प्रक्रियाओं को बढ़ाने और ब्रॉडबैंड द्वितीय-हार्मोनिक के निर्माण के लिए एक नया समाधान प्रदान करता है।प्रकाश स्रोतइस योजना में द्वितीय हार्मोनिक और योग आवृत्ति प्रभाव का कुशल उत्तेजन मुख्य रूप से निम्नलिखित तीन प्रमुख स्थितियों पर निर्भर करता है: गैलियम सेलेनाइड और के बीच प्रकाश-पदार्थ की लंबी अंतःक्रिया दूरी।माइक्रो-नैनो फाइबरस्तरित गैलियम सेलेनाइड क्रिस्टल की उच्च द्वितीय-क्रम गैर-रैखिकता और लंबी दूरी की कोटि, तथा मौलिक आवृत्ति और आवृत्ति दोहरीकरण मोड की चरण मिलान की शर्तें संतुष्ट होती हैं।

इस प्रयोग में, फ्लेम स्कैनिंग टेपरिंग प्रणाली द्वारा तैयार किए गए माइक्रो-नैनो फाइबर में मिलीमीटर के क्रम का एक समान शंकु क्षेत्र होता है, जो पंप प्रकाश और द्वितीय हार्मोनिक तरंग के लिए एक लंबी गैर-रेखीय क्रिया लंबाई प्रदान करता है। एकीकृत गैलियम सेलेनाइड क्रिस्टल की द्वितीय-क्रम गैर-रेखीय ध्रुवीकरण क्षमता 170 pm/V से अधिक है, जो ऑप्टिकल फाइबर की आंतरिक गैर-रेखीय ध्रुवीकरण क्षमता से कहीं अधिक है। इसके अलावा, गैलियम सेलेनाइड क्रिस्टल की लंबी दूरी की व्यवस्थित संरचना द्वितीय हार्मोनिक्स के निरंतर चरण व्यतिकरण को सुनिश्चित करती है, जिससे माइक्रो-नैनो फाइबर में लंबी गैर-रेखीय क्रिया लंबाई का पूरा लाभ मिलता है। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि माइक्रो-नैनो फाइबर के निर्माण के दौरान शंकु व्यास को नियंत्रित करके और फिर वेवगाइड फैलाव को विनियमित करके पंपिंग ऑप्टिकल बेस मोड (HE11) और द्वितीय हार्मोनिक उच्च क्रम मोड (EH11, HE31) के बीच चरण मिलान प्राप्त किया जाता है।

उपरोक्त परिस्थितियाँ माइक्रो-नैनो फाइबर में द्वितीय हार्मोनिक्स के कुशल और व्यापक-बैंड उत्तेजना के लिए आधार तैयार करती हैं। प्रयोग से पता चलता है कि 1550 एनएम पिकोसेकंड पल्स लेजर पंप के तहत नैनोवाट स्तर पर द्वितीय हार्मोनिक्स का आउटपुट प्राप्त किया जा सकता है, और समान तरंगदैर्ध्य के निरंतर लेजर पंप के तहत भी द्वितीय हार्मोनिक्स को कुशलतापूर्वक उत्तेजित किया जा सकता है, और थ्रेशोल्ड पावर कुछ सौ माइक्रोवाट जितनी कम है (चित्र 1)। इसके अलावा, जब पंप प्रकाश को निरंतर लेजर की तीन अलग-अलग तरंगदैर्ध्य (1270/1550/1590 एनएम) तक बढ़ाया जाता है, तो छह आवृत्ति रूपांतरण तरंगदैर्ध्य में से प्रत्येक पर तीन द्वितीय हार्मोनिक्स (2w1, 2w2, 2w3) और तीन योग आवृत्ति संकेत (w1+w2, w1+w3, w2+w3) देखे जाते हैं। पंप लाइट को 79.3 एनएम बैंडविड्थ वाले अल्ट्रा-रेडिएंट लाइट-एमिटिंग डायोड (एसएलईडी) लाइट सोर्स से बदलने पर, 28.3 एनएम बैंडविड्थ वाला एक वाइड-स्पेक्ट्रम सेकंड हार्मोनिक उत्पन्न होता है (चित्र 2)। इसके अतिरिक्त, यदि इस अध्ययन में ड्राई ट्रांसफर तकनीक के स्थान पर केमिकल वेपर डिपोजिशन तकनीक का उपयोग किया जाए, और माइक्रो-नैनो फाइबर की सतह पर लंबी दूरी तक गैलियम सेलेनाइड क्रिस्टल की कम परतें उगाई जाएं, तो सेकंड हार्मोनिक रूपांतरण दक्षता में और सुधार होने की उम्मीद है।

चित्र 1. द्वितीय हार्मोनिक जनरेशन प्रणाली और ऑल-फाइबर संरचना में इसके परिणाम।

चित्र 2 निरंतर प्रकाशीय पंपिंग के तहत बहु-तरंगदैर्ध्य मिश्रण और व्यापक स्पेक्ट्रम द्वितीय हार्मोनिक्स