მეორე ჰარმონიკების აგზნება ფართო სპექტრში

მეორე ჰარმონიკების აგზნება ფართო სპექტრში

1960-იან წლებში მეორე რიგის არაწრფივი ოპტიკური ეფექტების აღმოჩენის შემდეგ, ამან მკვლევართა ფართო ინტერესი გამოიწვია, რაც დღემდე, მეორე ჰარმონიული და სიხშირული ეფექტების საფუძველზე, უკიდურესი ულტრაიისფერი დიაპაზონიდან შორეულ ინფრაწითელ დიაპაზონამდე წარმოიქმნა.ლაზერებილაზერის განვითარებას დიდად შეუწყო ხელი,ოპტიკურიინფორმაციის დამუშავება, მაღალი გარჩევადობის მიკროსკოპული გამოსახულება და სხვა სფეროები. არაწრფივი მიდგომის მიხედვითოპტიკადა პოლარიზაციის თეორიის მიხედვით, თანაბარი რიგის არაწრფივი ოპტიკური ეფექტი მჭიდრო კავშირშია კრისტალურ სიმეტრიასთან და არაწრფივი კოეფიციენტი ნულის ტოლი არ არის მხოლოდ არაცენტრალური ინვერსიული სიმეტრიული გარემოში. როგორც მეორე რიგის არაწრფივი ეფექტის ყველაზე ძირითადი ვარიანტი, მეორე ჰარმონიკები მნიშვნელოვნად აფერხებენ მათ წარმოქმნას და ეფექტურ გამოყენებას კვარცის ბოჭკოში ამორფული ფორმისა და ცენტრალური ინვერსიის სიმეტრიის გამო. ამჟამად, პოლარიზაციის მეთოდებს (ოპტიკური პოლარიზაცია, თერმული პოლარიზაცია, ელექტრული ველის პოლარიზაცია) შეუძლიათ ხელოვნურად გაანადგურონ ოპტიკური ბოჭკოს მატერიალური ცენტრალური ინვერსიის სიმეტრია და ეფექტურად გააუმჯობესონ ოპტიკური ბოჭკოს მეორე რიგის არაწრფივობა. თუმცა, ეს მეთოდი მოითხოვს რთულ და მომთხოვნ მომზადების ტექნოლოგიას და შეუძლია დააკმაყოფილოს კვაზიფაზური შესაბამისობის პირობები მხოლოდ დისკრეტულ ტალღის სიგრძეებზე. ექოს კედლის რეჟიმში დაფუძნებული ოპტიკური ბოჭკოს რეზონანსული რგოლი ზღუდავს მეორე ჰარმონიკების ფართო სპექტრის აგზნებას. ბოჭკოს ზედაპირული სტრუქტურის სიმეტრიის დარღვევით, სპეციალური სტრუქტურის ბოჭკოში ზედაპირული მეორე ჰარმონიკები გარკვეულწილად ძლიერდება, მაგრამ მაინც დამოკიდებულია ფემტოწამიან ტუმბოს იმპულსზე ძალიან მაღალი პიკური სიმძლავრით. ამრიგად, მეორე რიგის არაწრფივი ოპტიკური ეფექტების გენერირება ყველა ბოჭკოვან სტრუქტურაში და გარდაქმნის ეფექტურობის გაუმჯობესება, განსაკუთრებით ფართო სპექტრის მეორე ჰარმონიკების გენერირება დაბალი სიმძლავრის, უწყვეტი ოპტიკური ტუმბოს დროს, წარმოადგენს ძირითად პრობლემებს, რომლებიც უნდა გადაიჭრას არაწრფივი ბოჭკოვანი ოპტიკისა და მოწყობილობების სფეროში და აქვს მნიშვნელოვანი სამეცნიერო მნიშვნელობა და ფართო გამოყენების ღირებულება.

ჩინეთში კვლევითმა ჯგუფმა შემოგვთავაზა მიკრო-ნანო ბოჭკოვანი გალიუმის სელენიდის კრისტალების ფაზური ინტეგრაციის სქემა. გალიუმის სელენიდის კრისტალების მაღალი მეორე რიგის არაწრფივობისა და გრძელვადიან წესრიგში მოქცევის გამოყენებით, ხორციელდება ფართო სპექტრის მეორე ჰარმონიული აგზნებისა და მრავალსიხშირიანი გარდაქმნის პროცესი, რაც უზრუნველყოფს ახალ გადაწყვეტას ბოჭკოვანში მრავალპარამეტრული პროცესების გაუმჯობესებისა და ფართოზოლოვანი მეორე ჰარმონიული ფილტრის მომზადებისთვის.სინათლის წყაროებისქემაში მეორე ჰარმონიული და ჯამური სიხშირის ეფექტის ეფექტური აგზნება ძირითადად დამოკიდებულია შემდეგ სამ ძირითად პირობაზე: გალიუმის სელენიდსა დამიკრო-ნანო ბოჭკო, დაკმაყოფილებულია ფენიანი გალიუმის სელენიდის კრისტალის მაღალი მეორე რიგის არაწრფივობა და შორ მანძილზე წესრიგი, ასევე ფუნდამენტური სიხშირისა და სიხშირის გაორმაგების რეჟიმის ფაზური შესაბამისობის პირობები.

ექსპერიმენტში, ალის სკანირების კონუსური სისტემით მომზადებულ მიკრო-ნანო ბოჭკოს აქვს მილიმეტრის რიგის ერთგვაროვანი კონუსის რეგიონი, რაც უზრუნველყოფს ტუმბოს სინათლისა და მეორე ჰარმონიული ტალღის ხანგრძლივ არაწრფივ მოქმედების სიგრძეს. ინტეგრირებული გალიუმის სელენიდის კრისტალის მეორე რიგის არაწრფივი პოლარიზაცია აღემატება 170 pm/V-ს, რაც გაცილებით მაღალია, ვიდრე ოპტიკური ბოჭკოს შინაგანი არაწრფივი პოლარიზაცია. გარდა ამისა, გალიუმის სელენიდის კრისტალის გრძელდიაპაზონიანი მოწესრიგებული სტრუქტურა უზრუნველყოფს მეორე ჰარმონიკების უწყვეტ ფაზურ ინტერფერენციას, რაც სრულად იყენებს მიკრო-ნანო ბოჭკოში დიდი არაწრფივი მოქმედების სიგრძის უპირატესობას. უფრო მნიშვნელოვანია, რომ ტუმბოს ოპტიკურ ბაზისურ რეჟიმს (HE11) და მეორე ჰარმონიულ მაღალი რიგის რეჟიმს (EH11, HE31) შორის ფაზური შესაბამისობა ხორციელდება კონუსის დიამეტრის კონტროლით და შემდეგ ტალღის გამტარის დისპერსიის რეგულირებით მიკრო-ნანო ბოჭკოს მომზადების დროს.

ზემოთ მოცემული პირობები საფუძველს უყრის მიკრო-ნანო ბოჭკოში მეორე ჰარმონიკების ეფექტურ და ფართოზოლოვან აგზნებას. ექსპერიმენტი აჩვენებს, რომ მეორე ჰარმონიკების გამომავალი ნანოვატის დონეზე მიღწევა შესაძლებელია 1550 ნმ პიკოწამიანი პულსური ლაზერული ტუმბოს ქვეშ, ხოლო მეორე ჰარმონიკების ეფექტურად აგზნება შესაძლებელია იმავე ტალღის სიგრძის უწყვეტი ლაზერული ტუმბოს ქვეშ, ხოლო ზღურბლის სიმძლავრე რამდენიმე ასეული მიკროვატია (სურათი 1). გარდა ამისა, როდესაც ტუმბოს სინათლე ვრცელდება უწყვეტი ლაზერის სამ სხვადასხვა ტალღის სიგრძეზე (1270/1550/1590 ნმ), ექვსი სიხშირის გარდაქმნის ტალღის სიგრძეზე შეინიშნება სამი წამიანი ჰარმონიკი (2w1, 2w2, 2w3) და სამი ჯამური სიხშირის სიგნალი (w1+w2, w1+w3, w2+w3). ტუმბოს სინათლის ულტრა-გამოსხივების დიოდური (SLED) სინათლის წყაროთი 79.3 ნმ გამტარუნარიანობით ჩანაცვლებით, წარმოიქმნება ფართო სპექტრის მეორე ჰარმონიკი 28.3 ნმ გამტარუნარიანობით (სურათი 2). გარდა ამისა, თუ ამ კვლევაში მშრალი გადატანის ტექნოლოგიის ჩასანაცვლებლად შესაძლებელია ქიმიური ორთქლის დეპონირების ტექნოლოგიის გამოყენება და მიკრო-ნანო ბოჭკოს ზედაპირზე დიდ მანძილზე გალიუმის სელენიდის კრისტალების ნაკლები ფენის გაზრდა, მოსალოდნელია, რომ მეორე ჰარმონიული გარდაქმნის ეფექტურობა კიდევ უფრო გაუმჯობესდება.

სურ. 1 მეორე ჰარმონიული გენერაციის სისტემა და შედეგები მთლიანად ბოჭკოვანი სტრუქტურის სახით

სურათი 2. მრავალტალღოვანი შერევა და ფართო სპექტრის მეორე ჰარმონიკები უწყვეტი ოპტიკური ტუმბოს პირობებში