Segunda tecnologia de geração harmônica em fibras ópticas
Segundo - A não linearidade da ordem é de grande importância em uma variedade de aplicações, incluindo metrologia de frequência de precisão, relógios ópticos, imagens moleculares e processamento de informações quânticas. As fibras ópticas, devido à sua alta não linearidade e compactação, são uma plataforma ideal para estudar efeitos não lineares. No entanto, a simetria de inversão das fibras ópticas dificulta a obtenção de segundos -} efeitos não lineares, dificultando a pesquisa sobre todas as - fibra em segundo -} não linearidade.
Atualmente, os pesquisadores conseguiram alcançar diretamente a segunda geração harmônica (SHG) no núcleo ou revestimento de fibras ópticas. A fase - Condições de correspondência para SHG nas fibras ópticas são atendidas principalmente por meio de técnicas como a correspondência de fase organizada de si mesmo -, correspondência de fase quase -} e material integrado -}}. No entanto, a tecnologia SHG nas fibras ópticas ainda enfrenta vários desafios, como a separação da fonte de onda fundamental (FW) e o meio SHG, a baixa potência média de saída e a necessidade de pré -processamento complexo. Além disso, alguns estudos utilizaram a correspondência da fase de radiação Cherenkov para alcançar o SHG; No entanto, o segundo harmônico (SH) não é gerado dentro do núcleo, mas no revestimento, resultando em um modo de vazamento com decaimento de potência rápida e baixa qualidade do feixe. Como gerar diretamente o feixe - - - - SH dentro do núcleo usando uma estrutura de fibra all - sem pré -processamento justifica uma investigação adicional.
Novel all - A estrutura de cavidade aleatória de fibra gera diretamente o alto - feixe - Segunda harmônica de qualidade no núcleo de fibra
Recentemente, a equipe de pesquisa de tecnologia a laser avançada do Departamento de Instrumentos de Precisão, a Universidade de Tsinghua, alcançou todos - fibra alta - feixe - qualidade shg dentro do núcleo de fibra em um laser de fibra aleatória. Em termos de ganho, a correspondência de fases é alcançada principalmente através do campo elétrico periódico induzido por FW e SH, enquanto utiliza a espátio passiva - mecanismo de modulação temporal do laser aleatório e aumenta o comprimento do ganho não linear para aumentar o segundo ganho harmônico. Em termos de feedback, um mecanismo de feedback distribuído e dispositivos de feedback pontuais foram combinados para formar uma cavidade ressonante aleatória para SH. No experimento, o SHG não exigiu tempo de preparação ou pré -processamento. Devido à configuração exclusiva de ganho e feedback, o FW e o SH foram gerados a partir da mesma cavidade aleatória e o SH foi emitido diretamente do núcleo de fibra, com uma potência média de saída de 10,06 MW. Além disso, este estudo propõe um modelo teórico inovador que acopla a teoria SHG organizada com a equação de Schrödinger não -linear generalizada, permitindo a simulação sincronizada da evolução espectral de SH e FW. Essa estrutura aproveita completamente as vantagens das fibras ópticas, alcançando todos - fibra alta - feixe - qualidade shg dentro do núcleo de fibra, com aplicações em potencial em detecção ambiental, comunicação de fibra óptica e combos de frequência óptica.
As descobertas foram publicadas na edição de março de 2025 da ciência e engenharia a laser de alta potência (Yousi Yang, Dan Li, Pei Li, Guohao Fu, Tiancheng Qi, Yijie Zhang, Ping Yan, Mali Gong, fiber, fiber, fiber, fiber, fiber aleatório. Eng . 13, 03000e41 (2025)).
A estrutura do laser de fibra aleatória é mostrada na Figura 1. A luz de saída da fonte da bomba de diodo a laser é acoplada ao revestimento da fibra através de um combinador e injetada no ytterbium -} fibra dopada, onde a luz da bomba é convertida na onda fundamental. A luz do núcleo é então injetada em 1 - quilômetro - fibra de comunicação longa, com sua extremidade de saída inclinada para evitar o acoplamento de reflexão de Fresnel no núcleo. Na direção da saída reversa, a fibra de sinal do combinador é conectada a uma gradela alta - refletividade, formando uma cavidade laser aleatória semi - aberta ytterbium. A outra extremidade da grade é conectada a um único braço de um acoplador 2 × 1, enquanto os outros dois braços do acoplador são diretamente fundidos para formar um espelho de anel de fibra.
Figura 1 (a) Diagrama de configuração experimental (bomba LD: fonte da bomba de diodo a laser; HR FBG: High - refletividade Bragg Grating; ydf: ytterbium - fibra dopada; gdf: germânio - doped fiber; CPS; (b) segundo princípio de ganho harmônico e feedback; (c) segundo ponto de laser harmônico após o processamento de stripper de revestimento; (d) luz visível na fibra durante o bombeamento
O experimento emprega uma estrutura de cavidade aleatória dupla em cascata, com a cavidade interna formada por um alto - fibra de reflexão Bragg grade como o ytterbium - cavidade de ganho dopada e a cavidade externa que atinge o feedback da banda larga por meio de um espelho de anel por meio de um espelho. O espectro de saída e a potência são mostrados na Figura 2. Quando a potência da bomba se aproxima do limiar, um pico principal aparece no espectro acompanhado por picos de ruído aleatórios, originários do efeito da modulação Q da modulação -} q devido à dispersão de Rayleigh e espalhamento de brilho estimulado. Neste ponto, o tempo -} Pulse forte excita o Harmonônico de 535 nm. Quando a energia da bomba excede o limiar Raman em cascata, o espectro se amplia em um supercontinuum (680-2116 nm). Na região infravermelha próxima -, a onda fundamental e a ordem -} Stokes Light participam do SHG, resultando em um pico principal a 592 nm na banda SH. Isso ocorre porque a luz laranja tem baixa perda e a potência da luz Raman de 1184 nm é suficiente.
Figura 2 Espectros de saída nos poderes FW de (a) 0,65 W, (b) 13,6 W e (c) 20,88 W; (d) Comparação de espectros SH; (e) SH POWER DE SAÍDA
Além disso, um dispositivo de filtro óptico foi usado para remover a luz perdida acima de 680 nm para estudar as características do domínio SH -}. A Figura 3 (a) mostra que as formas de onda SH exibem flutuações de intensidade significativas em diferentes poderes fundamentais, com alguns pulsos excedendo em muito a intensidade média, indicando a possível presença de ondas desonestas ópticas. O histograma estatístico (Figura 3 (b)) revela uma característica de distribuição em forma de L -, com a área cinza representando o fundo de ruído e a linha tracejada marcando a amplitude do pico duas vezes a altura significativa da onda. A largura do pulso das ondas desonestas na Figura 3 (c) é limitada pela largura de banda do detector (que pode ser mais estreita na prática). Devido a diferenças na fase - posições correspondentes, o SH em diferentes comprimentos de onda exibe ajustes sutis no tempo de saída, com picos secundários aparecendo ao lado do pico principal, correspondendo aos componentes SH de baixa -} intensidade FW.
Figura 3 Tempo - Características do domínio de SH em diferentes poderes. a) largo - time - Ranel WaveForm. b) Tempo - Histograma de distribuição de intensidade do domínio. c) Single - Resultados de medição da forma de onda de pulso
Este estudo propõe um método SHG do núcleo de fibra All -} que possui inerentemente a capacidade de injeção de bomba sem exigir processamento especial. Além disso, essa estrutura pode gerar simultaneamente FW e SH, oferecendo um design altamente integrado. Pesquisas adicionais incluem o projeto de respostas de feedback para o ajuste do comprimento de onda SH, aumentando a energia da bomba para atender a aplicativos de energia - mais altos e conduzir estudos de profundidade - sobre o fenômeno da onda ímpar.
