最新光纤填充技术实现光倍频

Hao Z, Ma Y X, Jiang B Q, et al. Second harmonic generation in a hollow-core fiber filled with GaSe nanosheets. Sci China Inf Sci, DOI: 10.1007/s11432-021-3331-3

传统的石英光纤因其低损耗、高损伤阈值、小模场面积等特性，在长距离通信和传感中得到广泛应用，极大改变了我们的生活和工作方式。同时，石英光纤具有长光—物质相互作用距离和纤芯中高能量密度，被认为是一种优异的光学非线性介质。然而，石英光纤材料的非晶形和中心反演对称性，阻碍了其二阶非线性效应的产生和利用。目前采用的高温、高电压极化等方式人工破坏光纤材料中心反演对称性，能够有效提高光纤的二阶非线性，然而要求复杂苛刻的制备工艺，且只能在离散的波长处满足准相位匹配条件，限制了宽带的二阶非线性效应的产生，以及相关技术推广和应用。

图1  空芯光纤倍频器件

在西北工业大学赵建林教授的带领下，姜碧强和甘雪涛教授课题组采用硒化镓纳米片与可改性聚合物混合填充空芯光纤，紫外固化后在空芯光纤中形成稳定的波导结构。得益于硒化镓纳米片的高二阶非线性极化率以及优化的非线性相互作用长度，实现了光倍频的低泵浦功率、高效激发以及宽带调谐，解决了在石英光纤中无法高效产生光倍频的问题。此外，基于光纤本征非线性效应引起的自极化效应，实验观察到了光倍频信号随泵浦时间的自增强效应，进一步促进了二阶非线性效应的增强。

图2   光倍频的功率、波长依赖以及自增强特性

相比于传统极化方法，本方法工艺简单，无需高温、强电场环境即可制备宽带工作的光波频率转换器件，为实现高性能的全光纤非线性器件提供了一条新的解决方案。因此，所提出的空芯光纤填充非线性介质方案，不仅具有全光纤结构，拓展了光纤激光器的工作波段，也可促进成熟的光纤通信、传感技术在信息处理与感知领域中的应用。

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