Génération de deuxième harmonique pompée à large bande et à onde continue à partir d’une microfibre recouverte d’un cristal de GaSe en couches

Les effets non linéaires optiques de second ordre ont reçu une large attention de la part des chercheurs depuis sa première découverte dans les années 1960.

Sur la base des effets de seconde harmonique et de fréquence somme, les lasers allant des bandes ultraviolettes à infrarouge lointain ont été générés, favorisant grandement le développement des techniques laser, le traitement optique de l’information, l’imagerie microscopique à haute résolution.

Selon l’optique non linéaire et la théorie de la polarisation, les effets optiques non linéaires d’ordre pair sont fortement déterminés par la centrosymétrie des cristaux, et la susceptibilité non linéaire du second ordre est non nulle uniquement dans un milieu non centrosymétrique. Cependant, en tant qu’effet non linéaire de second ordre le plus fondamental, la centrosymétrie de la fibre de silice entrave la génération et l’utilisation des secondes harmoniques.

Les méthodes de polarisation largement utilisées (telles que la polarisation optique, la polarisation thermique, la polarisation de champ électrique) peuvent briser artificiellement la centrosymétrie de la fibre, améliorant efficacement la non-linéarité de second ordre de la fibre. Cependant, des processus complexes et des conditions de fabrication difficiles sont nécessaires, et les conditions de quasi-accord de phase ne peuvent être satisfaites qu’à des longueurs d’onde discrètes, ce qui limite la bande passante de fonctionnement. L’anneau de fibre optique basé sur le mode de galerie de chuchotement limite également considérablement l’excitation spectrale large des secondes harmoniques.

En brisant la centrosymétrie à la surface d’une fibre optique, la deuxième harmonique de surface dans la fibre optique à structure spéciale peut être améliorée dans une certaine mesure, mais l’impulsion de pompe femtoseconde avec une puissance de crête très élevée est toujours indispensable. Par conséquent, des solutions alternatives seraient donc les bienvenues pour éviter le post-traitement délicat des fibres tout en permettant des opérations sur une large plage de longueurs d’onde de pompe.

Un groupe de recherche de la Northwestern Polytechnical University a proposé un schéma d’intégration de cristaux de séléniure de gallium en couches ordonnés à longue portée dans des microfibres et a réalisé la conversion à large bande de deuxième harmonique et multifréquences. Cela fournit une nouvelle solution pour l’amélioration des processus à paramètres multiples dans la fibre et le développement de sources lumineuses quasi-monochromatiques/à large bande. L’article est publié dans la revue Avancées optoélectroniques.

Les excitations efficaces des effets de deuxième harmonique et de fréquence somme dans ce schéma dépendent principalement des trois conditions clés suivantes : la longue longueur d’interaction lumière-matière entre le séléniure de gallium et la lumière de pompe, la non-linéarité élevée du cristal de séléniure de gallium et la satisfaction de l’accord de phase conditions.

Dans l’expérience, la microfibre préparée par un système de brossage à la flamme a une région effilée uniforme au millimètre près, fournissant une longueur d’interaction non linéaire suffisamment longue. La susceptibilité non linéaire du séléniure de gallium est supérieure à 170 pm/V, ce qui est bien supérieur à celui de la fibre vierge, et la structure ordonnée à longue portée du cristal de séléniure de gallium assure l’interférence constructive accumulée de la seconde harmonique. Plus important encore, en contrôlant le diamètre de la microfibre dans la fabrication et en modulant ainsi la dispersion du guide d’ondes, l’accord de phase entre les modes de pompe et de deuxième harmonique est satisfait.

Les conditions ci-dessus jettent les bases d’une excitation efficace et à large bande des secondes harmoniques dans la microfibre. Les résultats de l’expérience montrent que sous le pompage d’un laser picoseconde de 1 550 nm, une deuxième harmonique de niveau nanowatt a été obtenue. Les secondes harmoniques peuvent également être efficacement excitées sous la source d’onde continue de 1 550 nm, et des conversions multifréquences ont été observées lorsque trois longueurs d’onde de pompe sont utilisées. De plus, en remplaçant la pompe par une source à diode électroluminescente superluminescente (SLED) d’une bande passante de 79,3 nm, une large seconde harmonique avec une bande passante de 28,3 nm a été produite.

De plus, si le dépôt chimique en phase vapeur au lieu de la technologie de transfert à sec est utilisé pour faire croître quelques couches de séléniure de gallium sur la surface de la microfibre sur une grande longueur, l’efficacité de conversion de deuxième harmonique devrait être encore améliorée.