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

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).