【資料圖】
二階光學非線性效應自20世紀60年代首次發現以來就受到了研究人員的廣泛關注。基于二次諧波和和頻效應，產生了從紫外到遠紅外波段的激光，極大地促進了激光技術、光學信息處理、高分辨率顯微成像的發展。根據非線性光學和偏振理論，偶次非線性光學效應很大程度上取決于晶體的中心對稱性，并且二階非線性磁化率僅在非中心對稱介質中不為零。然而，作為最基本的二階非線性效應，石英光纖的中心對稱性阻礙了二次諧波的產生和利用。廣泛采用的極化方法(如光極化、熱極化、電場極化)可以人為地打破光纖的中心對稱性，有效改善光纖的二階非線性。然而，需要復雜的工藝和苛刻的制造條件，并且只能在離散波長下滿足準相位匹配條件，這限制了工作帶寬。基于回音壁模式的光纖環也極大地限制了二次諧波的寬光譜激發。通過打破光纖表面的中心對稱性，可以在一定程度上增強特殊結構光纖中的表面二次諧波，但仍然不可缺少峰值功率很高的飛秒泵浦脈沖。所以，
西北工業大學研究組提出了將長程有序層狀硒化鎵晶體集成到微光纖中的方案，實現了寬帶二次諧波和多頻轉換。這為光纖中多參數工藝的增強以及準單色/寬帶光源的發展提供了新的解決方案。該方案中二次諧波和和頻效應的有效激發主要取決于以下三個關鍵條件：硒化鎵與泵浦光之間的光-物質相互作用長度長、硒化鎵晶體的高非線性以及滿足相位匹配狀況。實驗中，火焰刷涂系統制備的超細纖維具有毫米級均勻錐形區域，提供足夠長的非線性相互作用長度。硒化鎵的非線性磁化率超過170 pm/V，遠大于原始光纖，而且硒化鎵晶體的長程有序結構保證了二次諧波的累積相長干涉。更重要的是，通過在制造過程中控制微光纖的直徑，從而調制波導色散，滿足泵浦模和二次諧波模之間的相位匹配。
上述條件為微光纖中二次諧波的高效寬帶激勵奠定了基礎。實驗結果表明，在1550 nm皮秒激光器的泵浦下，實現了納瓦級的二次諧波。在1550 nm連續波源下也可以有效地激發二次諧波，并且當采用三個泵浦波長時觀察到多頻率轉換。此外，通過用帶寬為 79.3 nm 的超輻射發光二極管 (SLED) 源代替泵浦，產生了帶寬為 28.3 nm 的寬二次諧波。此外，如果采用化學氣相沉積代替干轉移技術，在長長度的微纖維表面生長幾層硒化鎵，二次諧波轉換效率有望進一步提高。
