Высокоэффективная генерация третьей гармоники в среде с квадратичной и кубичной нелинейностями в результате каскадной генерации второй гармоники

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Предложен новый высокоэффективный способ утроения частоты оптических волн на основе каскадной генерации второй гармоники в среде с квадратичной восприимчивостью при учете кубичного отклика среды. Взаимодействия волн основной частоты, второй гармоники и третьей гармоники происходили при большой фазовой расстройке между волнами основной частоты и второй гармоники. В среде, обладающей только квадратичной восприимчивостью, это приводило к появлению отклика среды, подобного отклику, присущему среде с кубичной нелинейностью, знак которой определяется знаком упомянутой фазовой расстройки. Теоретически рассмотрен процесс взаимодействия волн на основе метода многих масштабов (multiscale method). Без использования приближения заданного поля проанализированы режимы конверсии частоты, эволюции интенсивностей и фаз взаимодействующих волн без учета их дисперсии второго порядка и дифракции. Обнаружен бистабильный режим утроения частоты, а также режим полного подавления генерации волны на утроенной частоте и режим подавления действия эффекта Керра. Компьютерное моделирование показало возможность перекачки 98.5 % энергии падающей волны в третью гармонику. Также предложен более простой и физически наглядный (по сравнению с методом многих масштабов) метод анализа каскадных процессов при большой фазовой расстройке между парой взаимодействующих волн.

Об авторах

В. А. Трофимов

South China University of Technology

Автор, ответственный за переписку.
Email: trofimov@scut.edu.cn
Тайвань

Д. М. Харитонов

Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова

Email: trofimov@scut.edu.cn
Россия, Москва, Ленинские горы, д.1. стр. 52, 119992

М. В. Федотов

Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова

Email: trofimov@scut.edu.cn
Россия, Москва, Ленинские горы, д.1. стр. 52, 119992

Ю Ян

South China University of Technology

Email: trofimov@scut.edu.cn
Тайвань

Ч. Дэн

South China University of Technology

Email: trofimov@scut.edu.cn
Россия

Список литературы

  1. Craxton R.S. Opt. Commun., 34, 474 (1980).
  2. Craxton R. IEEE J. Quantum Electron., 17, 1771 (1981).
  3. Dubietis A., Tamošauskas G., Varanavičius A. Opt. Commun., 186, 211 (2000).
  4. Zhang T., Kato Y., Daido H. IEEE J. Quantum Electron., 32, 127 (1996).
  5. Wang X., Zhao H., Cao Y., Niu Y., Shen J. Langmuir, 34, 10262 (2018).
  6. Qi H., Wang Z., Yu F., Xu X., Zhao X. IEEE Photonics J., 8, 1 (2016).
  7. Qi H., Wang Z., Yu F., Sun X., Xu X., Zhao X. Opt. Lett., 41, 5823 (2016).
  8. Ren H.K., Qi H.W., Wang Z.P., Wu Z.X., Wang M.X., Sun Y.X., Sun X., Xu X.G. Chin. Phys. B, 27, 114202 (2018).
  9. Zhu S., Zhu Y., Ming N. Science, 278, 843 (1997).
  10. Zhang C., Wei H., Zhu Y.Y., Wang H.T., Zhu S.N., Ming N.B. Opt. Lett., 26, 899 (2001).
  11. Longhi S. Opt. Lett., 32, 1791 (2007).
  12. Vernay A., Bonnet-Gamard L., Boutou V., Trajtenberg-Mills S., Arie A., Boulanger B. OSA Continuum, 3, 1536 (2020).
  13. Das S.K., Mukhopadhyay S., Sinha N., Saha A., Datta P.K., Saltiel S.M., Andreani L.C. Opt. Commun., 262, 108 (2006).
  14. Qiu P., Penzkofer A. Appl. Phys. B, 45, 225 (1998).
  15. Tomov I.V., Van Wonterghem B., Rentzepis P.M. Appl. Opt.. 31, 4172 (1992).
  16. Banks P.S., Feit M.D., Perry M.D. Opt. Lett., 24, 4 (1999).
  17. Banks P.S., Feit M.D., Perry M.D. JOSA B, 19, 102 (2001).
  18. Boulanger B., Rousseau I., Marnier G. J. Phys. B: Atomic, Molecular and Optical Physics, 32, 475 (1999).
  19. Feve J.P., Boulanger B., Guillien Y. Opt. Lett., 25, 1373 (2000).
  20. Miyata K., Petrov V., Noack F. Opt. Lett., 36, 3627 (2011).
  21. Qin Y.Q., Zhu Y.Y., Zhang C., Ming N.B. JOSA B, 20, 73 (2003).
  22. Zhang T., Yamakawa K. Japanese J. Appl. Phys., 39, 91 (2000).
  23. Saltiel S.M., Sukhorukov A.A., Kivshar Y.S. Progress in Optics, 47, 1 (2005).
  24. Карамзин Ю.Н., Сухоруков А.П. Письма в ЖЭТФ, 20, 734 (1974) [JETF Lett., 20, 339 (1974)].
  25. Torruellas W.E., Wang Z., Hagan D.J., VanStryland E.W., Stegeman G.I., Torner L., Menyuk C.R. Phys. Rev. Lett., 74, 5036 (1995).
  26. Schiek R., Baek Y., Stegeman G.I. Phys. Rev. E, 53, 1138 (1996).
  27. Di Trapani P., Caironi D., Valiulis G., Dubietis A., Danielius R., Piskarskas A. Phys. Review Lett, 81, 570 (1998).
  28. Buryak A.V., Di Trapani P., Skryabin D.V., Trillo S. Phys. Rep., 370, 63 (2002).
  29. Boyd R.W. Nonlinear Optics (Academic Press, 2020).
  30. Nayfeh A.H. Introduction to Perturbation Techniques (John Wiley & Sons, 2011).
  31. Conti C., Trillo S., Di Trapani P., Kilius J., Bramati A., Minardi S., Chinaglia W., Valiulis G. JOSA B, 19, 852 (2002).
  32. Trofimov V.A., Kharitonov D.M., Fedotov M.V. JOSA B, 35, 3069 (2018).
  33. Гурзадян Г.Г., Дмитриев В.Г., Никогосян Д.Н. Нелинейно-оптические кристаллы. Свойства и применение в квантовой электронике (М.: Радио и Связь, 1991) [Handbook of Nonlinear Optical Crystals (Springer, 2013)].
  34. Eckardt R.C., Masuda H., Fan Y.X., Byer R.L. IEEE J. Quantum Electron., 26, 922 (1990).
  35. Chen C., Xu Z., Deng D., Zhang J., Wong G.K., Wu B., Ye N., Tang D. Appl. Phys. Lett., 68, 2930 (1996).
  36. Nikogosyan D.N. Nonlinear Optical Crystals: A Complete Survey (Springer Science & Business Media, 2006).
  37. Ganeev R.A., Kulagin I.A., Ryasnyansky A.I., Tugushev R.I., Usmanov T. Opt. Commun., 229, 403 (2004).
  38. Li F.Q, Zong N., Zhang F.F., Yang J., Yang F., Peng Q.G., Cui D.F., Zhang J.Y., Wang X.Y., Chen C.T., Xu Z.Y. Appl. Phys. B, 108, 301 (2011).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис.1. Области различных режимов ГТГ и зависимость ее эффективности от параметров s, q.

Скачать (86KB)
Метаданные
3. Рис.2. Модули амплитуды третьей гармоники (a, г), фазы основной волны (б, д) и третьей гармоники (в, е), вычисленные для значений параметров g = 1, a = 0.05, D21k = 100, D31k = – 0.033 и |A10|2 = 1 (a – в), |A10|2 = 0.147944 (г – е) при реализации низко- (a – в) и высокоэффективного (г – е) режима генерации.

Скачать (175KB)
Метаданные
4. Рис.3. Модули амплитуды третьей гармоники (a, г), фазы первой (б, д) и третьей гармоник (в, е) для значений параметров g = 1, a = 0, D21k = 20 и (D31k,|A10|2) = ( – 0.05979923575, 1) (a – в), (– 0.054, 1) (г – е).

Скачать (162KB)
Метаданные
5. Рис.4. Модули амплитуды третьей гармоники (a, г), фазы первой (б, д) и третьей гармоник (в, е) для значений параметров g = 1, a = 0.075, D21k = 20,|A10|2 = 1 и D31k = – 0.075 (a – в), – 0.072 (г – е).

Скачать (183KB)
Метаданные
6. Рис.5. Влияние кубичной нелинейности на эволюцию интенсивности третьей гармоники при g = 1, D31k = 0 и D21k = 20 (a), – 20 (б).

Скачать (129KB)
Метаданные
7. Рис.6. Интенсивность третьей гармоники при g = 1, D21k = 100, D31k = – 0.012 и a = 0.00014 (сплошная черная кривая) и 0 (зеленая штриховая кривая).

Скачать (41KB)
Метаданные

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».