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    我国学者在全光纤二阶非线性光学效应研究方面取得进展

    日期 2020-04-27   来源:信息科学部   作者:冯帅 朱广宇 孙玲  【 】   【打印】   【关闭

    a)集成光纤结构及其倍频、和频原理示意图(b)两束连续激光泵浦下,输出的倍频、和频光谱

    . 层状硒化镓材料集成微光纤实现全光纤二阶非线性光学效应

      在国家自然科学基金项目(批准号:61775182、61975166、61775183)等资助下,西北工业大学赵建林教授研究团队在光纤二阶非线性光学效应研究方面取得进展。研究成果以“少层硒化镓辅助的微光纤实现高效二阶非线性光学过程(High-efficiency second-order nonlinear processes in an optical microfibre assisted by few-layer GaSe)”为题,于2020年4月17日在《光:科学与应用》(Light: Science & Applications)上在线发表。论文链接:https://www.nature.com/articles/s41377-020-0304-1。

      利用全光纤的二阶非线性效应不仅可以拓展光纤激光器的工作波段,还有望实现全光纤的线性电光调制器、缠绕光子对等,可极大拓展业已成熟的光纤通信、传感技术在信息处理与感知领域的应用范围。然而,石英光纤材料的中心反演对称性阻碍了光纤中二阶非线性效应的产生。为此,过去几十年,研究人员通过特殊拉制、掺杂、极化等对石英光纤进行复杂改性工艺处理,以人工破坏其中心反演对称性,从而实现二阶非线性效应。然而,这些光纤处理方法大都需复杂苛刻的制备工艺,且很难保证其光学特性的均匀性,所实现的二阶非线性效应仍需高峰值功率脉冲激光作为泵浦光源,制约了光参量转换过程的高效实现。

      针对此问题,研究团队另辟蹊径,借助二维层状材料易与光纤集成的优势,将具有强二阶非线性效应的少数原子层硒化镓裹覆于微光纤上,利用导波模式倏逝波与硒化镓的相互作用,实现了仅需百微瓦连续激光即可泵浦出的频率上转换过程(倍频、和频等)。与裸光纤中的非线性频率转换过程相比较,该方法的频率转换效率提高了4个数量级。这种二维材料辅助全光纤上二阶非线性效应的集成结构具有制备工艺简单、紧凑且有效非线性系数高等优点,不仅实现了可低功率泵浦的光波长转换功能,还为其他高性能全光纤非线性器件的研制开启了新思路。




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