本发明专利技术提出一种提高微光纤表面二次谐波转换效率的结构。该结构具体为在拉锥微光纤沿其长度方向上的凹槽结构，所述凹槽位于拉锥微光纤的腰部。凹槽的截面可以是矩形、V字型、圆角矩形等形状，并且不限于在微光纤上设置单槽结构，还可以是双槽及多槽结构。本发明专利技术槽型结构的引入能增大微光纤表面积，并能有效增强光纤表面光场强度，从而增强微光纤表面二次非线性交叠积分，进而提高微光纤表面二次谐波的转换效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种微结构，具体涉及一种微光纤槽型结构。
技术介绍
谐波产生是一种普遍的非线性现象，能用于产生可见光区和紫外光区的光。严格来说，二次谐波产生(SHG)在石英光纤中不会发生，因为二氧化硅(SiO2)玻璃结构表现为反演对称性，源于二阶极化率x(2)的所有非线性效应都不会产生。然而，几个早期的实验表明，当Nd: YAG激光器产生的I. 06 μ m强泵浦脉冲在光纤中传输时，就会产生二次谐波。和频与二次谐波过程的转换效率约为O. 1%，如此高的转换效率是纤芯-包层界面的表面非线性和源于电四极矩及磁偶极矩的非线性所无法解释的，因此必然存在某些其他机制导致了石英光纤中的SHG现象。这一机制的最初线索是在1986年发现的。当时发现如果用泵浦光将某些光纤照射几个小时，则二次谐波功率就会大幅增长，最大转换效率可达3%。这一实验导致对光纤中SHG的广泛研究。结果表明，当用某些波长的强辐射对光纤进行曝光后，由于光纤的光敏特性，其光学特性将被永久性地改变。使纤芯折射率增大的掺杂物，如锗和磷，能够增强光线的光敏特性。这个实验现象可由泵浦光和二次谐波的多光子过程形成的X⑵光栅所解释。在该模型中，X⑵光栅通过量子干涉效应产生，这种效应导致了取决于泵浦光和二次谐波相对相位的电子注入过程。这种电荷转移模型在定性结果上与观察到的大部分特征相符口 ο而最近的一个实验发现，在作用长度仅为100 μ m的纯二氧化硅纳米线中可以观察到显著的二次谐波信号。由于纯二氧化硅光敏特性很弱，因此不能用泵浦光和二次谐波多光子过程形成的X⑵光栅模型解释这一现象。实际上，由于纳米线尺度相较普通光纤大大减小，界面的表面非线性和源于电四极矩及磁偶极矩的非线性对有效二阶极化率X (2) 的贡献需要重新考虑。二氧化硅纳米线提供了更强的光功率密度，因此纤芯-空气包层界面的表面非线性和源于电四极矩及磁偶极矩的非线性成为二氧化硅纳米线(即微光纤， microfiber)中SHG现象的主要机制。此外，纤芯和空气包层较高的折射率对比度使得基模与二阶模间的二次谐波相位匹配成为可能。本专利技术正是利用这一机制，通过槽型(slot)微结构增大微光纤的表面积，增强微光纤表面二次非线性交叠积分，从而提高微光纤表面二次谐波的转换效率。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种微光纤槽型结构，通过沿微光纤长度方向的槽增大微光纤的表面积，并由槽型结构引入更大的光纤表面光场强度，从而增强表面的二次非线性交叠积分，提高表面二次谐波转换效率。本专利技术采用的技术方案如下—种提高微光纤表面二次谐波转换效率的结构，在拉锥微光纤沿其长度方向上开有凹槽结构，所述凹槽位于拉锥微光纤的腰部。所述凹槽的截面可以是矩形、V字型、圆角矩形等形状，不限于单槽结构，还可以是双槽及多槽结构。凹槽的槽宽小于微光纤腰部直径，槽深小于或等于微光纤腰部直径，槽深取微光纤腰部直径时可得到最优转换效率。高二次谐波转换效率的微光纤在光纤激光器、超连续谱光源等领域有着广泛的应用前景，提高二次谐波转换效率对微光纤在非线性光学中的应用具有很大的促进作用。本专利技术的微结构能有效增强微光纤表面二次非线性交叠积分，从而提高微光纤表面二次谐波的转换效率，具有一定的实际意义。附图说明图I是本专利技术微光纤槽型结构的示意图。图2是图I单槽型结构微光纤截面示意图，其中hs、Ws分别为槽高和槽宽，nair, ns 分别是空气和二氧化硅的折射率，d是微光纤的直径。图3是微光纤直径d与二次谐波匹配波长λ SHG的关系曲线图。图4是圆形微光纤和单槽型结构微光纤交叠积分绝对值I P 21与二次谐波匹配波长Asffi的关系曲线图。图5是已经提出的一种微光纤微纳结构，其中n&、ns分别是空气和二氧化硅的折射率。图6是双槽型结构微光纤截面示意图，其中hsl、hs2为槽高，wsl、ws2为槽宽，ds为槽间距，nair,ns分别是空气和二氧化硅的折射率。图7是圆形微光纤和双槽型结构微光纤交叠积分绝对值I P 21与二次谐波匹配波长Asffi的关系曲线图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细的说明。以纤芯是二氧化硅、包层是空气的拉锥微光纤为例，本专利技术的原理如下忽略泵浦损耗，采用小信号极限近似，SHG过程可以用下列方程表述A—1 ----- ip, Af εχρ(/Δ^3:) = 0ι >dz _其中A1, A2分别是基模和二次谐波信号光场的振幅，Λ β =2 β「β 2是基模和二次谐波有效传播常数的失配量(波矢失配量)，P 2是交叠积分，Pi = ^--Je2-Pt2VtSU」其中《2是二次谐波的角频率。积分在光纤截面上进行，dS是积分面积元。场分量都经过归一化，归一化因子为Nj = + j| (V, Xh. 丨 dS (j = 1,2)( ■>)导模的电场和磁场可以分别表不为E(r, (Oj) =Aj (Coj) ej (r, (Oj) exp (i (β jZ-(Ojt)) (4)H(r, ω」)=Aj (ω」)hj (r, ω」)exp (i ( β」ζ_ω」t)) (5)Ρ(2)是二阶非线性极化强度，分别来自光纤表面偶极子和体多极子两方面的贡献。 通过相关文献及计算可知，体多极子对Ρ(2)的贡献相较于光纤表面偶极子的贡献可以忽略， 因此二阶非线性极化强度可以近似用表面二阶非线性极化强度代替，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种提高微光纤表面二次谐波转换效率的结构，其特征在于，拉锥微光纤沿其长度方向上开有凹槽结构，所述凹槽位于拉锥微光纤的腰部。
【技术特征摘要】
1.一种提高微光纤表面二次谐波转换效率的结构，其特征在于，拉锥微光纤沿其长度方向上开有凹槽结构，所述凹槽位于拉锥微光纤的腰部。2.根据权利要求I所述的一种提高微光纤表面二次谐波转换效率的结构，其特征在于，所述凹...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐飞，罗炜，陆延青，胡伟，
申请(专利权)人：南京大学苏州高新技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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