(a) Schematisk graf över ytterligare fasmatchande tillstånd i godtyckliga olinjära optiska kristaller. De vita och grå områdena representerar ordnade kristaller och oordnade amorfa, respektive. Periodlängden Λ är lika med summan av ordnad bredd La och oordnad bredd Lb (Λ =La + Lb). I synnerhet, La och Lb kan vara ekvivalenta med koherent längd Lc eller heltalsmultipel av Lc. deff/0 och n1/n2 representerar andra ordningens olinjära koefficient och brytningsindex för ordnade och oordnade regioner, respektive. (b) Schematisk uppskattning av SH-fältamplituden för APP-kvartsen med olika skiftad fas (ΔφAPP) under samma kristalllängd. (c) Teoretisk beräkning av APP (ΔφAPP) med APP-kvartsprover på La=Lb=2,1 μm, 1,4 μm, och 0,7 μm (d) 177,3 nm SHG-utgångseffekt i APP-kvarts (lila punkt) med La=Lb=2,1 μm och Δφ=3π och i as-grown kvarts (grön punkt). Kredit:Mingchuan Shao, Fei Liang, Haohai Yu, Huaijin Zhang
Fasmatchningsvillkor är nyckelkriteriet för effektiv icke-linjär frekvensomvandling. Här, Forskare i Kina använde en ytterligare periodisk fas (APP)-teknik för att möta fasmatchningsvillkoren i kvartskristall och demonstrerade experimentellt den effektiva olinjära frekvensomvandlingen från det synliga till det djupt-ultravioletta spektralområdet. APP-teorin och genererad synlig för djup-ultraviolett strålning skulle revolutionera nästa generations olinjär fotonik och deras ytterligare tillämpningar.
Icke-linjär optisk frekvensomvandling är en viktig teknik för att förlänga våglängden hos lasrar som har använts i stor utsträckning inom modern teknik. Effektiviteten av frekvensomvandlingen beror på fasförhållandet mellan de interagerande ljusvågorna. Hög konverteringseffektivitet kräver tillfredsställande fasmatchning. Dock, på grund av dispersionsegenskapen hos olinjära optiska kristaller, fasfelmatchning inträffar alltid; Således, fasmatchningsförhållanden bör vara speciellt utformade. Det finns två allmänt använda tekniker för fasmatchning:dubbelbrytningsfasmatchning (BPM) och kvasi-fasmatchning (QPM). I vanliga fall, BPM använder de naturliga dubbelbrytningsegenskaperna hos icke-linjära optiska kristaller, och QPM är huvudsakligen inriktat på den periodiska inversionen av ferroelektriska domäner. Dock, de flesta icke-linjära optiska kristaller har varken tillräcklig dubbelbrytning eller kontrollerbara ferroelektriska domäner. Därför, det är angeläget att utveckla nya vägar för att möta fasmatchning i godtyckliga olinjära kristaller och i breda våglängdsområden.
I en ny tidning publicerad i Ljusvetenskap och tillämpningar , forskare från State Key Laboratory of Crystal Materials och Institute of Crystal Materials, Shandong University, Kina, föreslagit ett koncept baserat på de grundläggande principerna för icke-linjär frekvensomvandling, ytterligare periodisk fas (APP) från störningsanpassningen, som kan fånga upp energitransmissionskanalen för icke-linjärt ljus till fundamentalt ljus och kompensera för inmatchade faser. APP-konceptet innebär att efter att ljuset fortplantat sig vid koherenslängden Lc, den genererade fasskillnaden Δφ_PD kompenserades av den ytterligare fasskillnaden Δφ_APP med Δφ_APP+Δφ_PD=2mπ (m är heltal). Baserat på APP-konceptet, en periodisk ordnad/oordnad struktur införs i kristallkvarts med femtosekundlaserskrivteknik för att uppnå en effektiv uteffekt från ultraviolett till djupt ultraviolett vid våglängden 177,3 nm. Mer intressant, APP-fasmatchningen kan bli av med begränsningarna hos dubbelbrytande och ferroelektriska material på olinjär frekvensomvandling och bör vara tillämplig på alla icke-centrosymmetriska olinjära kristaller för att uppnå effektiv uteffekt vid vilken våglängd som helst i materialens transmissionsområde.
"Som vi förstår det, den fasmatchade djup-ultravioletta 177,3 nm-generationen uppnåddes först via kvartskristall med en hög effektivitet på 1,07‰, " lade de till.
"Denna APP-strategi kan ge en mångsidig väg för godtyckliga olinjära kristaller i bredbandsvåglängder. Ännu viktigare, denna ordnings-/störningsanpassning lägger till en variabel fysisk parameter i optiska system, vilket leder till nästa generations revolution inom olinjär eller linjär modulering och klassisk eller kvantfotonik, ", förutspår forskarna.
