【資料圖】
二階光學(xué)非線性效應(yīng)自20世紀(jì)60年代首次發(fā)現(xiàn)以來就受到了研究人員的廣泛關(guān)注。基于二次諧波和和頻效應(yīng)，產(chǎn)生了從紫外到遠(yuǎn)紅外波段的激光，極大地促進(jìn)了激光技術(shù)、光學(xué)信息處理、高分辨率顯微成像的發(fā)展。根據(jù)非線性光學(xué)和偏振理論，偶次非線性光學(xué)效應(yīng)很大程度上取決于晶體的中心對(duì)稱性，并且二階非線性磁化率僅在非中心對(duì)稱介質(zhì)中不為零。然而，作為最基本的二階非線性效應(yīng)，石英光纖的中心對(duì)稱性阻礙了二次諧波的產(chǎn)生和利用。廣泛采用的極化方法(如光極化、熱極化、電場極化)可以人為地打破光纖的中心對(duì)稱性，有效改善光纖的二階非線性。然而，需要復(fù)雜的工藝和苛刻的制造條件，并且只能在離散波長下滿足準(zhǔn)相位匹配條件，這限制了工作帶寬。基于回音壁模式的光纖環(huán)也極大地限制了二次諧波的寬光譜激發(fā)。通過打破光纖表面的中心對(duì)稱性，可以在一定程度上增強(qiáng)特殊結(jié)構(gòu)光纖中的表面二次諧波，但仍然不可缺少峰值功率很高的飛秒泵浦脈沖。所以，
西北工業(yè)大學(xué)研究組提出了將長程有序?qū)訝钗壘w集成到微光纖中的方案，實(shí)現(xiàn)了寬帶二次諧波和多頻轉(zhuǎn)換。這為光纖中多參數(shù)工藝的增強(qiáng)以及準(zhǔn)單色/寬帶光源的發(fā)展提供了新的解決方案。該方案中二次諧波和和頻效應(yīng)的有效激發(fā)主要取決于以下三個(gè)關(guān)鍵條件：硒化鎵與泵浦光之間的光-物質(zhì)相互作用長度長、硒化鎵晶體的高非線性以及滿足相位匹配狀況。實(shí)驗(yàn)中，火焰刷涂系統(tǒng)制備的超細(xì)纖維具有毫米級(jí)均勻錐形區(qū)域，提供足夠長的非線性相互作用長度。硒化鎵的非線性磁化率超過170 pm/V，遠(yuǎn)大于原始光纖，而且硒化鎵晶體的長程有序結(jié)構(gòu)保證了二次諧波的累積相長干涉。更重要的是，通過在制造過程中控制微光纖的直徑，從而調(diào)制波導(dǎo)色散，滿足泵浦模和二次諧波模之間的相位匹配。
上述條件為微光纖中二次諧波的高效寬帶激勵(lì)奠定了基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在1550 nm皮秒激光器的泵浦下，實(shí)現(xiàn)了納瓦級(jí)的二次諧波。在1550 nm連續(xù)波源下也可以有效地激發(fā)二次諧波，并且當(dāng)采用三個(gè)泵浦波長時(shí)觀察到多頻率轉(zhuǎn)換。此外，通過用帶寬為 79.3 nm 的超輻射發(fā)光二極管 (SLED) 源代替泵浦，產(chǎn)生了帶寬為 28.3 nm 的寬二次諧波。此外，如果采用化學(xué)氣相沉積代替干轉(zhuǎn)移技術(shù)，在長長度的微纖維表面生長幾層硒化鎵，二次諧波轉(zhuǎn)換效率有望進(jìn)一步提高。
