เทคโนโลยีการสร้างฮาร์มอนิกที่สองในเส้นใยออพติคอล
ลำดับที่สอง - การสั่งซื้อไม่เชิงเส้นมีความสำคัญอย่างยิ่งในช่วงของการใช้งานรวมถึงมาตรวิทยาความถี่ที่แม่นยำนาฬิกาออพติคอลการถ่ายภาพโมเลกุลและการประมวลผลข้อมูลควอนตัม เส้นใยออปติคอลเนื่องจากความไม่เชิงเส้นและความกะทัดรัดสูงเป็นแพลตฟอร์มที่เหมาะสำหรับการศึกษาเอฟเฟกต์แบบไม่เชิงเส้น อย่างไรก็ตามความสมมาตรแบบผกผันของเส้นใยออพติคอลทำให้ยากที่จะบรรลุผลที่สอง - เอฟเฟกต์ไม่เชิงเส้นดังนั้นจึงเป็นการขัดขวางการวิจัยทั้งหมด - เส้นใยที่สอง - ลำดับความไม่เชิงเส้น
ปัจจุบันนักวิจัยสามารถบรรลุฮาร์มอนิกรุ่นที่สอง (SHG) โดยตรงในแกนกลางหรือการหุ้มของเส้นใยออปติคัล เฟส - เงื่อนไขการจับคู่สำหรับ SHG ในเส้นใยออพติคอลนั้นเป็นที่พึงพอใจเป็นหลักผ่านเทคนิคต่าง ๆ เช่นตัวเอง - การจับคู่เฟสที่จัดระเบียบ - การจับคู่เฟสและวัสดุแบบบูรณาการ - การจับคู่เฟสช่วย อย่างไรก็ตามเทคโนโลยี SHG ในเส้นใยออพติคอลยังคงเผชิญกับความท้าทายต่าง ๆ เช่นการแยกแหล่งคลื่นพื้นฐาน (FW) และสื่อ SHG กำลังขับเฉลี่ยต่ำและความต้องการการประมวลผลล่วงหน้าที่ซับซ้อน นอกจากนี้การศึกษาบางอย่างได้ใช้การจับคู่ระยะการแผ่รังสี Cherenkov เพื่อให้ได้ SHG อย่างไรก็ตามฮาร์มอนิกที่สอง (SH) ไม่ได้ถูกสร้างขึ้นภายในแกน แต่ในการหุ้มทำให้มันเป็นโหมดการรั่วไหลด้วยการสลายตัวของพลังงานอย่างรวดเร็วและคุณภาพของลำแสงที่ไม่ดี วิธีการสร้างสูง - ลำแสง - sh ภายในแกนกลางโดยใช้โครงสร้างไฟเบอร์ - ทั้งหมดโดยไม่ต้องทำการตรวจสอบการตรวจสอบเพิ่มเติม
นวนิยายทั้งหมด - โครงสร้างโพรงแบบสุ่มเส้นใยสร้างโดยตรง - ลำแสง - คุณภาพฮาร์มอนิกที่สองคุณภาพในแกนไฟเบอร์
เมื่อเร็ว ๆ นี้ทีมวิจัยเทคโนโลยีเลเซอร์ขั้นสูงที่ภาควิชาเครื่องมือ Precision, Tsinghua University ประสบความสำเร็จทั้งหมด - ไฟเบอร์สูง - ลำแสง - SHG คุณภาพภายในแกนเส้นใยในเลเซอร์ไฟเบอร์แบบสุ่ม ในแง่ของการได้รับการจับคู่เฟสนั้นทำได้โดยหลักผ่านสนามไฟฟ้าเป็นระยะที่เกิดจาก FW และ SH ในขณะที่ใช้ spatio passive - กลไกการปรับอัตราขยายชั่วคราวของเลเซอร์แบบสุ่มและเพิ่มความยาวไม่เชิงเส้น ในแง่ของข้อเสนอแนะกลไกการตอบรับแบบกระจายและอุปกรณ์ตอบรับแบบจุดรวมกันเพื่อสร้างโพรงเรโซแนนท์แบบสุ่มสำหรับ sh ในการทดลอง SHG ไม่จำเป็นต้องเตรียมเวลาหรือการประมวลผลล่วงหน้า เนื่องจากการได้รับและการกำหนดค่าความคิดเห็นที่ไม่ซ้ำกัน FW และ SH ถูกสร้างขึ้นจากโพรงแบบสุ่มเดียวกันและ SH ถูกส่งออกโดยตรงจากแกนไฟเบอร์โดยมีกำลังเอาต์พุตเฉลี่ย 10.06 เมกะวัตต์ นอกจากนี้การศึกษาครั้งนี้ยังเสนอรูปแบบทางทฤษฎีที่เป็นนวัตกรรมที่คู่รัก Self - ทฤษฎี SHG จัดระเบียบด้วยสมการSchrödingerแบบไม่เชิงเส้นทั่วไปทำให้การจำลองแบบซิงโครไนซ์ของวิวัฒนาการสเปกตรัมของ SH และ FW โครงสร้างนี้ใช้ประโยชน์จากข้อดีของเส้นใยออปติคัลอย่างเต็มที่เพื่อให้ได้ทั้งหมด - ไฟเบอร์สูง - คาน - shg คุณภาพภายในแกนไฟเบอร์ที่มีศักยภาพในการตรวจจับสิ่งแวดล้อม
การค้นพบถูกตีพิมพ์ในเดือนมีนาคม 2568 ของวิทยาศาสตร์เลเซอร์และวิศวกรรมพลังงานสูง (Yousi Yang, Dan Li, Pei Li, Guohao Fu, Tiancheng Qi, Yijie Zhang, Ping Yan, Mali Gong, Qirong Xiao, "Second {{1} 03000E41 (2025))
โครงสร้างของเลเซอร์ไฟเบอร์แบบสุ่มแสดงในรูปที่ 1 ไฟเอาท์พุทจากแหล่งปั๊มเลเซอร์ไดโอดจะถูกรวมเข้ากับการหุ้มเส้นใยผ่านทาง combiner และฉีดเข้าไปใน ytterbium - เส้นใยเจือที่แสงปั๊มจะถูกแปลงเป็นคลื่นพื้นฐาน แสงหลักจะถูกฉีดเข้าไปใน 1 - กิโลเมตร - เส้นใยการสื่อสารที่ยาวโดยมีจุดสิ้นสุดเอาท์พุทของมันเพื่อหลีกเลี่ยงการสะท้อนกลับของเฟรส ในทิศทางเอาต์พุตย้อนกลับเส้นใยสัญญาณของ Combiner เชื่อมต่อกับตะแกรงการสะท้อนแสง - สูงซึ่งก่อตัวเป็นกึ่ง - เปิดโพรงเลเซอร์แบบสุ่ม Ytterbium-doped ปลายอีกด้านหนึ่งของตะแกรงเชื่อมต่อกับแขนเดียวของ coupler 2 × 1 ในขณะที่อีกสองแขนของ coupler ถูกหลอมรวมโดยตรงเพื่อสร้างกระจกวงแหวนไฟเบอร์
รูปที่ 1 (a) ไดอะแกรมการตั้งค่าการทดลอง (ปั๊ม LD: แหล่งปั๊มเลเซอร์ไดโอดเลเซอร์; HR FBG: สูง - การสะท้อนแสงไฟเบอร์ Bragg Grating; ydf: ytterbium - โค่น: GDF: Germanium {3} (b) กำไรฮาร์มอนิกที่สองและหลักการตอบรับ; (c) จุดเลเซอร์ฮาร์มอนิกที่สองหลังจากการแปรรูปผู้เต้นระบำเปลื้องผ้า (d) แสงที่มองเห็นได้ในเส้นใยในระหว่างการสูบน้ำ
การทดลองใช้โครงสร้างโพรงแบบสุ่มสองครั้งแบบเรียงซ้อนโดยมีโพรงด้านในที่เกิดขึ้นจากไฟเบอร์สะท้อนกลับที่สูง - การสะท้อนกลับ Bragg เป็นตะแกรงเป็น Ytterbium - โพรงที่เจือเจียนและโพรงด้านนอก สเปกตรัมเอาท์พุทและพลังงานแสดงในรูปที่ 2 เมื่อพลังงานของปั๊มเข้าใกล้เกณฑ์ยอดเขาหลักจะปรากฏในสเปกตรัมพร้อมกับเสียงรบกวนแบบสุ่มซึ่งเกิดจากตัวเอง - เอฟเฟกต์ Q เนื่องจากการกระเจิงของเรย์ลีห์ ณ จุดนี้เวลา - พัลส์ที่แข็งแกร่งของโดเมนทำให้เกิดฮาร์มอนิกที่สอง 535 นาโนเมตร เมื่อพลังงานปั๊มเกินเกณฑ์รามันที่เรียงซ้อนกันสเปกตรัมจะขยายออกเป็นซุปเปอร์คอนตินูม (680–2116 นาโนเมตร) ในบริเวณใกล้ - อินฟราเรดคลื่นพื้นฐานและที่สูงกว่า - คำสั่ง stokes light เข้าร่วมใน SHG ส่งผลให้เกิดจุดสูงสุดหลักที่ 592 nm ในแถบ SH นี่เป็นเพราะแสงสีส้มมีการสูญเสียต่ำและพลังงานแสงรามัน 1184 นาโนเมตรก็เพียงพอแล้ว
รูปที่ 2 เอาท์พุทสเปกตรัมที่พลัง FW ของ (a) 0.65 W, (b) 13.6 W และ (c) 20.88 W; (d) การเปรียบเทียบ SH spectra; (e) กำลังขับ SH
นอกจากนี้อุปกรณ์ตัวกรองออปติคัลถูกใช้เพื่อลบแสงจรจัดที่อยู่เหนือ 680 นาโนเมตรเพื่อศึกษาเวลา sh - ลักษณะของโดเมน รูปที่ 3 (a) แสดงให้เห็นว่ารูปคลื่น SH แสดงความผันผวนอย่างมีนัยสำคัญที่พลังพื้นฐานที่แตกต่างกันโดยมีพัลส์บางตัวเกินความเข้มเฉลี่ยซึ่งบ่งบอกถึงการปรากฏตัวของคลื่นอ้อนวอนที่เป็นไปได้ ฮิสโตแกรมทางสถิติ (รูปที่ 3 (b)) เผยให้เห็นลักษณะการกระจายรูปทรง l - โดยมีพื้นที่สีเทาที่แสดงพื้นหลังเสียงรบกวนและเส้นประที่ทำเครื่องหมายแอมพลิจูดสูงสุดสองเท่าของความสูงของคลื่นที่สำคัญ ความกว้างของพัลส์ของคลื่นโกงในรูปที่ 3 (c) ถูก จำกัด โดยแบนด์วิดท์ของเครื่องตรวจจับ (ซึ่งอาจแคบลงในทางปฏิบัติ) เนื่องจากความแตกต่างในเฟส - ตำแหน่งการจับคู่, sh ที่ความยาวคลื่นที่แตกต่างกันแสดงการปรับเล็กน้อยในเวลาเอาท์พุทโดยมียอดรองปรากฏขึ้นพร้อมกับจุดสูงสุดหลักซึ่งสอดคล้องกับส่วนประกอบ SH ของต่ำ - ความเข้ม FW
รูปที่ 3 เวลา - ลักษณะของโดเมนของ SH ที่พลังที่แตกต่างกัน a) กว้าง - เวลา - ช่วงคลื่นช่วง b) เวลา - ฮิสโตแกรมการกระจายความเข้มของโดเมน c) single - ผลการวัดรูปคลื่นพัลส์
การศึกษาครั้งนี้เสนอวิธี - วิธี Core SHG ทั้งหมดที่มีความสามารถในการฉีดปั๊มที่แข็งแกร่งขึ้นโดยไม่ต้องใช้การประมวลผลพิเศษ นอกจากนี้โครงสร้างนี้สามารถสร้าง FW และ SH พร้อมกันซึ่งนำเสนอการออกแบบแบบบูรณาการสูง การวิจัยเพิ่มเติมรวมถึงการออกแบบการตอบสนองข้อเสนอแนะสำหรับการปรับความยาวคลื่น SH เพิ่มกำลังปั๊มเพื่อให้ได้แอปพลิเคชันพลังงานที่สูงขึ้น - และดำเนินการในการศึกษาความลึก - เกี่ยวกับปรากฏการณ์คลื่นแปลก
