Anden harmonisk generationsteknologi i optiske fibre
Andet - Ordre -ikke -linearitet er af stor betydning i en række anvendelser, herunder præcisionsfrekvensmetrologi, optiske ure, molekylær billeddannelse og behandling af kvanteinformation. Optiske fibre er på grund af deres høje ikke -linearitet og kompakthed en ideel platform til at studere ikke -lineære effekter. Imidlertid gør inversionssymmetrien af optiske fibre det vanskeligt at opnå anden - Bestil ikke -lineære effekter, hvilket hindrer forskning på alle - fiber andet - bestil ikke -linearitet.
I øjeblikket har forskere været i stand til direkte at opnå anden harmonisk generation (SHG) i kernen eller beklædning af optiske fibre. Fasen - matchende forhold for SHG i optiske fibre er primært tilfredse gennem teknikker såsom selv - organiseret fasematching, kvasi - fasematching og integreret materiale - assisteret fase -matching. SHG -teknologi i optiske fibre står imidlertid stadig over for forskellige udfordringer, såsom adskillelse af den grundlæggende bølge (FW) kilde og SHG -mediet, lav gennemsnitlig udgangseffekt og behovet for kompleks forarbejdning. Derudover har nogle undersøgelser anvendt Cherenkov -strålingsfasematching for at opnå SHG; Imidlertid genereres den anden harmoniske (SH) ikke inden for kernen, men i beklædningen, hvilket resulterer i, at det er en lækage -tilstand med hurtigt effektfald og dårlig strålekvalitet. Hvordan man direkte genererer høj - stråle - kvalitet SH inden for kernen ved hjælp af en All - fiberstruktur uden forarbejdning af warrants yderligere undersøgelse.
Novel alle - fiber tilfældigt hulrumsstruktur genererer direkte høj - stråle - Kvalitet Andet harmonisk i fiberkernen
For nylig opnåede det avancerede laserteknologiske forskningsteam ved Institut for Precision Instruments, Tsinghua University, alle - fiberhøj - stråle - Kvalitet SHG inden for fiberkernen i en tilfældig fiberlaser. Med hensyn til gevinst opnås fasematchning primært gennem det periodiske elektriske felt induceret af FW og SH, mens den passive rumlige spatio anvender den passive rumlige - temporal forstærkningsmoduleringsmekanisme for den tilfældige laser og øger den ikke -lineære forstærkningslængde for at forbedre den anden harmoniske forstærkning. Med hensyn til feedback blev der kombineret en distribueret feedbackmekanisme og punktfeedback -enheder for at danne et tilfældigt resonanshulrum for SH. I eksperimentet krævede SHG ingen forberedelsestid eller forarbejdning. På grund af den unikke forstærknings- og feedback -konfiguration blev FW og SH genereret fra det samme tilfældige hulrum, og Sh blev direkte udsendt fra fiberkernen med en gennemsnitlig udgangseffekt på 10,06 MW. Derudover foreslår denne undersøgelse en innovativ teoretisk model, der parrer selv - organiseret SHG -teori med den generaliserede ikke -lineære Schrödinger -ligning, hvilket muliggør synkroniseret simulering af den spektrale udvikling af SH og FW. Denne struktur udnytter fuldt ud fordelene ved optiske fibre ved at opnå alle - fiberhøjt - stråle - Kvalitets -SHG inden for fiberkernen med potentielle anvendelser i miljømæssig sensing, fiberoptisk kommunikation og optiske frekvenskommer.
Resultaterne blev offentliggjort i marts 2025 -udgaven af Laser Science and Engineering High Power (Yousi Yang, Dan Li, Pei Li, Guohao Fu, Tiancheng Qi, Yijie Zhang, Ping Yan, Mali Gong, Qirong Xiao, "Anden - harmonisk generation inden for en tilfældig fiber laser," High Power Laser Sci. Eng . 13, 03000e41 (2025)).
Strukturen af den tilfældige fiberlaser er vist i figur 1. Outputlyset fra laserdiodepumpekilden kobles ind i fiberbeklædningen via en kombinering og injiceres til ytterbium - dopet fiber, hvor pumpelyset omdannes til den grundlæggende bølge. Kernelyset injiceres derefter i en 1 - kilometer - lang kommunikationsfiber, med dens output -ende vinklet for at undgå fresnel -reflektionskobling i kernen. I den omvendte udgangsretning er kombiners signalfiber forbundet til en høj - refleksionsgitter, der danner en semi - åben ytterbium-dopet tilfældig laserhulrum. Den anden ende af gitteret er forbundet til en enkelt arm på en 2 × 1 -kobling, mens de to andre arme på koblingen er direkte smeltet sammen for at danne et fiberringspejl.
Figur 1 (a) Eksperimentelt opsætningsdiagram (LD -pumpe: laserdiodepumpe kilde; HR FBG: Høj - Reflektivitetsfiber Bragg -gitter; YDF: ytterbium - doperfiber; gdf: germanium - dopet fiber; cps: cloladding power stripper); (b) anden harmonisk gevinst og feedbackprincip; (c) Anden harmonisk laserplads efter beklædningsstripperbehandling; (d) Synligt lys i fiberen under pumpning
Eksperimentet anvender en kaskaderet dobbelt tilfældig hulrumsstruktur, med det indre hulrum dannet af en høj - reflektionsfiber Bragg -gitter som Ytterbium - dopet forstærkningshulrum, og det ydre hulrum, der opnås bredbåndsfeedback via et ringmirror. Outputspektret og strømmen er vist i figur 2. Når pumpeffekten nærmer sig tærsklen, vises en hovedtop i spektret ledsaget af tilfældige støjtoppe, der stammer fra selvet - modulering q -effekt på grund af Rayleigh -spredning og stimuleret Brillouin -spredning. På dette tidspunkt begejstrer tiden - domæne stærk puls 535 nm sekund harmonisk. Når pumpekraften overstiger den kaskaderede Raman -tærskel, udvides spektret til et superkontinuum (680–2116 nm). I den nær - infrarød region deltager den grundlæggende bølge og højere - orden Stokes Light i SHG, hvilket resulterer i en hovedtop ved 592 nm i SH -båndet. Dette skyldes, at det orange lys har lavt tab, og 1184 nm Raman -lysstyrken er tilstrækkelig.
Figur 2 Outputspektre ved FW -kræfter på (A) 0,65 W, (B) 13,6 W og (C) 20,88 W; (d) sammenligning af SH -spektre; (e) SH -udgangseffekt
Endvidere blev en optisk filterindretning brugt til at fjerne omstrejfende lys over 680 nm for at studere SH -tiden - domænekarakteristika. Figur 3 (a) viser, at SH -bølgeformerne udviser signifikante intensitetsvingninger ved forskellige grundlæggende kræfter, hvor nogle pulser langt overstiger den gennemsnitlige intensitet, hvilket indikerer den mulige tilstedeværelse af optiske rogue -bølger. Det statistiske histogram (figur 3 (b)) afslører en L - formet fordelingskarakteristik, hvor det grå område repræsenterer støjbaggrunden og den stiplede linje, der markerer den maksimale amplitude to gange den betydelige bølgehøjde. Pulsbredden af de useriøse bølger i figur 3 (c) er begrænset af detektorbåndbredden (som kan være smalere i praksis). På grund af forskelle i fase - matchende positioner udviser SH ved forskellige bølgelængder subtile justeringer i udgangstiming, hvor sekundære toppe vises ved siden af hovedtoppen, svarende til SH -komponenter af lav - intensitet FW.
Figur 3 Tid - domænekarakteristika for SH ved forskellige kræfter. a) bred - tid - række bølgeform. b) Tid - Domæneintensitetsfordelingshistogram. c) Enkelt - Puls -bølgeformmålingsresultater
Denne undersøgelse foreslår en All - fiberkerne SHG -metode, der i sagens natur har stærkere pumpeinjektionsevne uden at kræve særlig behandling. Derudover kan denne struktur samtidig generere FW og SH, der tilbyder et meget integreret design. Yderligere forskning inkluderer design af feedback -reaktioner for SH -bølgelængdeindstilling, stigende pumpekraft til at imødekomme højere - strømanvendelser og udføre i - dybdeundersøgelser på det ulige bølgefænomen.
