טכנולוגיית ייצור הרמוני שני בסיבים אופטיים
שניה - הזמנת אי -ליניאריות היא בעלת משמעות רבה במגוון יישומים, כולל מטרולוגיה של תדר מדויק, שעונים אופטיים, הדמיה מולקולרית ועיבוד מידע קוונטי. סיבים אופטיים, בגלל אי -ליניאריות וקומפקטיות גבוהה שלהם, הם פלטפורמה אידיאלית לחקר השפעות לא לינאריות. עם זאת, סימטריה של ההיפוך של סיבים אופטיים מקשה על השגת - הזמנת השפעות לא לינאריות, ובכך מפריעה למחקר על כל - סיבים שנייה - הזמינו אי -ליניאריות.
נכון לעכשיו, החוקרים הצליחו להשיג ישירות דור הרמוני שני (SHG) בליבה או לחיפוי סיבים אופטיים. השלב - תנאי התאמה ל- SHG בסיבים אופטיים מתרוצים בעיקר באמצעות טכניקות כמו עצמי - התאמת פאזה מאורגנת, Quasi - התאמת שלב, וחומר משולב {}} סיוע התאמה שלב. עם זאת, טכנולוגיית SHG בסיבים אופטיים עדיין עומדת בפני אתגרים שונים, כמו הפרדת מקור הגל הבסיסי (FW) ומדיום SHG, כוח תפוקה ממוצע נמוך והצורך לעיבוד מראש מורכב. בנוסף, מחקרים מסוימים השתמשו בהתאמת שלב קרינת שרנקוב כדי להשיג SHG; עם זאת, ההרמוני השני (SH) אינו נוצר בתוך הליבה אלא בחיפוי, וכתוצאה מכך הוא מצב דליפה עם דעיכת כוח מהירה ואיכות קרן ירודה. כיצד לייצר ישירות - Beam - SH איכותי בתוך הליבה באמצעות מבנה סיבים- ללא עיבוד מראש של צווי חקירה נוספת.
רומן הכל - מבנה חלל אקראי סיבים מייצר ישירות - Beam - הרמוני שני הרמוני באיכות הסיב ליבת הסיבים
לאחרונה, צוות המחקר המתקדם של טכנולוגיית לייזר במחלקה למכשירי Precision, אוניברסיטת צינגהואה, השיג את כל - סיבים גבוהים {}}} קרן - SHG איכותי בתוך ליבת הסיבים בלייזר סיבים אקראי. מבחינת הרווח, התאמת פאזה מושגת בעיקר באמצעות השדה החשמלי התקופתי הנגרם על ידי FW ו- SH, תוך שימוש במרחב הפסיבי - מנגנון אפנון רווח זמני של הלייזר האקראי והגברת אורך הרווח הלא -לינארי כדי לשפר את הרווח ההרמוני השני. מבחינת משוב, שולבו מנגנון משוב מופץ ומכשירי משוב של נקודה ליצירת חלל תהודה אקראי עבור SH. בניסוי, SHG לא דרשה זמן הכנה או עיבוד מראש. בשל תצורת הרווח והמשוב הייחודיים, FW ו- SH נוצרו מאותו חלל אקראי, ו- SH הוצא ישירות מליבת הסיבים, עם כוח פלט ממוצע של 10.06 מגוואט. בנוסף, מחקר זה מציע מודל תיאורטי חדשני שמזדווג את עצמי - תיאוריית SHG מאורגנת עם משוואת שרדינגר הלא לינארית הכללית, המאפשרת סימולציה מסונכרנת של ההתפתחות הספקטרלית של SH ו- FW. מבנה זה ממנף באופן מלא את היתרונות של סיבים אופטיים, ומשיג את כל - סיבים גבוהים - קרן - SHG איכותי בתוך ליבת הסיבים, עם יישומים פוטנציאליים בחישה סביבתית, תקשורת סיבים אופטיים, וקרבות תדרים אופטיים.
הממצאים פורסמו בגיליון מרץ 2025 של מדע והנדסה של לייזר עוצמה גבוהה (Yousi Yang, Dan Li, Pei Li, Guohao Fu, Tiancheng Qi, Yijie Zhang, Ping Yan, Mali Gong, Qirong Xiao, "שני-} דור הרמוני בתוך LASER Eng. 03000E41 (2025)).
המבנה של לייזר הסיבים האקראיים מוצג באיור 1. אור הפלט ממקור משאבת הדיודה של לייזר משולב לחיפוי הסיבים באמצעות שילוב ומוזרק אל ytterbium - סיבים מסוממים, שם מומר תא המשאבה לגל הבסיסי. לאחר מכן מוזרק אור הליבה לסיבי 1 - קילומטר {}}} סיבי תקשורת ארוכים, כאשר סוף הפלט שלו זווית כדי להימנע מהשתקפות פרנל לליבה. בכיוון הפלט ההפוך, סיבי האות של הקומבינר מחובר לגריית הרפלקטיביות גבוהה {}}, ויוצרים חצי - פתחו חלל לייזר אקראי מסומם ytterbium. הקצה השני של הסורג מחובר לזרוע יחידה של מצמד 2 × 1, ואילו שתי הזרועות האחרות של המצמד מתמזגות ישירות ליצירת מראה טבעת סיב.
איור 1 (א) דיאגרמת הגדרת ניסוי (משאבת LD: מקור משאבת דיודה לייזר; HR FBG: גבוה - סיבי הרפלקטיביות סורגי ברג; (ב) עקרון רווח ומשוב הרמוני שני; (ג) נקודת לייזר הרמונית שנייה לאחר עיבוד חשפניות לחיפוי; (ד) אור גלוי בסיב במהלך השאיבה
הניסוי משתמש במבנה חלל אקראי כפול מפלס, כאשר החלל הפנימי נוצר על ידי סירוג - סיבי השתקפות בראג סורג כ- ytterbium - חלל רווח מסומם, וחלל החיצוני השלים משוב פס רחב באמצעות מראה טבעתית. ספקטרום הפלט והספק מוצגים באיור 2. כאשר כוח המשאבה מתקרב לסף, מופיע שיא עיקרי בספקטרום המלווה בפסגות רעש אקראיות, שמקורו ב {} 4}} אפסיות Q בגלל פיזור ריילי ופיזור ברילואן מגורה. בשלב זה, הזמן - דופק דופק חזק מרגש את הרמוני השני של 535 ננומטר. כאשר כוח המשאבה עולה על סף הראמאן המפלס, הספקטרום מתרחב למוצרי -על (680–2116 ננומטר). באזור האינפרא אדום הקרוב -, הגל הבסיסי וגובהו - סדר סטוקס אור משתתפים ב- SHG, וכתוצאה מכך שיא ראשי ב 592 ננומטר ברצועת SH. הסיבה לכך היא שלאור הכתום יש אובדן נמוך וכוח האור של ראמן 1184 ננומטר.
איור 2 איור 2 ספקטרום פלט בסמכות FW של (א) 0.65 W, (ב) 13.6 W, ו- (C) 20.88 W; (ד) השוואה בין ספקטרום SH; (ה) כוח פלט SH
יתר על כן, מכשיר פילטר אופטי שימש להסרת אור תועה מעל 680 ננומטר כדי ללמוד את מאפייני הדומיין של זמן ה- SH -. איור 3 (א) מראה כי צורות הגל של SH מציגות תנודות בעוצמה משמעותית בכוחות יסודיים שונים, כאשר חלק מהקטניות חורגות בהרבה מהעוצמה הממוצעת, מה שמצביע על נוכחות אפשרית של גלים סוררים אופטיים. ההיסטוגרמה הסטטיסטית (איור 3 (ב)) חושפת מאפיין חלוקה בצורת L {}}, כאשר האזור האפור מייצג את רקע הרעש ואת הקו המקווקו המסמן את משרעת השיא פעמיים את גובה הגל המשמעותי. רוחב הדופק של הגלים הסוררים באיור 3 (ג) מוגבל על ידי רוחב הפס של הגלאי (שעשוי להיות צר יותר בפועל). בשל הבדלים בשלב - עמדות התאמה, SH באורכי גל שונים מציג התאמות עדינות בתזמון הפלט, כאשר פסגות משניות מופיעות לצד השיא הראשי, המתאימות לרכיבי SH בעוצמה נמוכה- FW.
איור 3 זמן - מאפייני התחום של SH בכוחות שונים. א) רחב - זמן - צורת גל טווח. ב) זמן - היסטוגרמה של חלוקת עוצמת התחום. ג) יחיד - תוצאות מדידת צורת גל דופק
מחקר זה מציע שיטת - סיבי ליבת סיבים SHG, שיש לה יכולת הזרקת משאבה חזקה יותר מבלי לדרוש עיבוד מיוחד. בנוסף, מבנה זה יכול לייצר בו זמנית FW ו- SH, ומציע עיצוב משולב מאוד. מחקר נוסף כולל תכנון תגובות משוב לכוונון אורך גל SH, הגדלת כוח המשאבה כדי לעמוד ביישומי כוח גבוהים-, וביצוע מחקרי עומק- על תופעת הגל המוזר.
