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

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

A new highly efficient method for tripling the frequency of optical waves is proposed based on cascade second-harmonic generation in a medium with quadratic susceptibility taking into account the cubic response of the medium. The interactions of the fundamental, second, and third harmonic waves occurred at a large phase detuning between the fundamental and second harmonic waves. In a medium with only quadratic susceptibility, this resulted in a response of the medium similar to the response inherent in a medium with cubic nonlinearity, the sign of which is determined by the sign of the above-mentioned phase detuning. The process of wave interaction is considered theoretically based on the multiscale method. Without using the specified field approximation, the modes of frequency conversion, intensity and phase evolution of interacting waves are analyzed without taking into account their second-order dispersion and diffraction. A bistable mode of frequency tripling, as well as a mode of complete suppression of wave generation at the tripled frequency and a mode of suppression of the Kerr effect are discovered. Computer simulation has shown the possibility of pumping 98.5% of the incident wave energy into the third harmonic. A simpler and more physically visual (compared to the multi-scale method) method for analyzing cascade processes with a large phase mismatch between a pair of interacting waves is also proposed.

Sobre autores

V. Trofimov

South China University of Technology

Autor responsável pela correspondência
Email: trofimov@scut.edu.cn
República da China

Д. Харитонов

Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова

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

М. Федотов

Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова

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

Y. Yang

South China University of Technology

Email: trofimov@scut.edu.cn
República da China

C. Deng

South China University of Technology

Email: trofimov@scut.edu.cn
Rússia

Bibliografia

  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).

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar
2. Fig.1. Areas of different THG modes and the dependence of its efficiency on parameters s, q.

Baixar (86KB)
Metadados
3. Fig.2. Modules of the amplitude of the third harmonic (a, d), the phase of the fundamental wave (b, e) and the third harmonic (c, f), calculated for the parameter values ​​g = 1, a = 0.05, D21k = 100, D31k = – 0.033 and |A10 |2 = 1 (a – c), |A10|2 = 0.147944 (d – f) when implementing low- (a – c) and high-efficiency (d – f) generation modes.

Baixar (175KB)
Metadados
4. Fig.3. Modules of the amplitude of the third harmonic (a, d), phase of the first (b, e) and third harmonics (c, f) for parameter values ​​g = 1, a = 0, D21k = 20 and (D31k,|A10|2) = ( – 0.05979923575, 1) (a – c), (– 0.054, 1) (d – f).

Baixar (162KB)
Metadados
5. Fig.4. Modules of the amplitude of the third harmonic (a, d), phase of the first (b, e) and third harmonics (c, f) for parameter values ​​g = 1, a = 0.075, D21k = 20, |A10|2 = 1 and D31k = – 0.075 (a – c), – 0.072 (d – f).

Baixar (183KB)
Metadados
6. Fig.5. The influence of cubic nonlinearity on the evolution of the third harmonic intensity at g = 1, D31k = 0 and D21k = 20 (a), – 20 (b).

Baixar (129KB)
Metadados
7. Fig.6. Intensity of the third harmonic at g = 1, D21k = 100, D31k = – 0.012 and a = 0.00014 (solid black curve) and 0 (green dashed curve).

Baixar (41KB)
Metadados

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».