專利名稱：一種提高微光纖表面二次諧波轉換效率的結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種微結構，具體涉及一種微光纖槽型結構。
背景技術：
諧波產生是一種普遍的非線性現象，能用于產生可見光區和紫外光區的光。
嚴格來說，二次諧波產生(SHG)在石英光纖中不會發生，因為二氧化硅(SiO2)玻璃結構表現為反演對稱性，源于二階極化率x(2)的所有非線性效應都不會產生。然而，幾個早期的實驗表明，當Nd: YAG激光器產生的I. 06 μ m強泵浦脈沖在光纖中傳輸時，就會產生二次諧波。和頻與二次諧波過程的轉換效率約為O. 1%，如此高的轉換效率是纖芯-包層界面的表面非線性和源于電四極矩及磁偶極矩的非線性所無法解釋的，因此必然存在某些其他機制導致了石英光纖中的SHG現象。
這一機制的最初線索是在1986年發現的。當時發現如果用泵浦光將某些光纖照射幾個小時，則二次諧波功率就會大幅增長，最大轉換效率可達3%。這一實驗導致對光纖中SHG的廣泛研究。結果表明，當用某些波長的強輻射對光纖進行曝光后，由于光纖的光敏特性，其光學特性將被永久性地改變。使纖芯折射率增大的摻雜物，如鍺和磷，能夠增強光線的光敏特性。這個實驗現象可由泵浦光和二次諧波的多光子過程形成的X⑵光柵所解釋。在該模型中，X⑵光柵通過量子干涉效應產生，這種效應導致了取決于泵浦光和二次諧波相對相位的電子注入過程。這種電荷轉移模型在定性結果上與觀察到的大部分特征相符口 ο
而最近的一個實驗發現，在作用長度僅為100 μ m的純二氧化硅納米線中可以觀察到顯著的二次諧波信號。由于純二氧化硅光敏特性很弱，因此不能用泵浦光和二次諧波多光子過程形成的X⑵光柵模型解釋這一現象。實際上，由于納米線尺度相較普通光纖大大減小，界面的表面非線性和源于電四極矩及磁偶極矩的非線性對有效二階極化率X (2) 的貢獻需要重新考慮。二氧化硅納米線提供了更強的光功率密度，因此纖芯-空氣包層界面的表面非線性和源于電四極矩及磁偶極矩的非線性成為二氧化硅納米線(即微光纖， microfiber)中SHG現象的主要機制。此外，纖芯和空氣包層較高的折射率對比度使得基模與二階模間的二次諧波相位匹配成為可能。
本發明正是利用這一機制，通過槽型(slot)微結構增大微光纖的表面積，增強微光纖表面二次非線性交疊積分，從而提高微光纖表面二次諧波的轉換效率。發明內容
本發明目的是提供一種微光纖槽型結構，通過沿微光纖長度方向的槽增大微光纖的表面積，并由槽型結構引入更大的光纖表面光場強度，從而增強表面的二次非線性交疊積分，提高表面二次諧波轉換效率。
本發明采用的技術方案如下
—種提高微光纖表面二次諧波轉換效率的結構，在拉錐微光纖沿其長度方向上開有凹槽結構，所述凹槽位于拉錐微光纖的腰部。
所述凹槽的截面可以是矩形、V字型、圓角矩形等形狀，不限于單槽結構，還可以是雙槽及多槽結構。凹槽的槽寬小于微光纖腰部直徑，槽深小于或等于微光纖腰部直徑，槽深取微光纖腰部直徑時可得到最優轉換效率。
高二次諧波轉換效率的微光纖在光纖激光器、超連續譜光源等領域有著廣泛的應用前景，提高二次諧波轉換效率對微光纖在非線性光學中的應用具有很大的促進作用。本發明的微結構能有效增強微光纖表面二次非線性交疊積分，從而提高微光纖表面二次諧波的轉換效率，具有一定的實際意義。
圖I是本發明微光纖槽型結構的示意圖。
圖2是圖I單槽型結構微光纖截面示意圖，其中hs、Ws分別為槽高和槽寬，nair, ns 分別是空氣和二氧化硅的折射率，d是微光纖的直徑。
圖3是微光纖直徑d與二次諧波匹配波長λ SHG的關系曲線圖。
圖4是圓形微光纖和單槽型結構微光纖交疊積分絕對值I P 21與二次諧波匹配波長Asffi的關系曲線圖。
圖5是已經提出的一種微光纖微納結構，其中n&、ns分別是空氣和二氧化硅的折射率。
圖6是雙槽型結構微光纖截面示意圖，其中hsl、hs2為槽高，wsl、ws2為槽寬，ds為槽間距，nair,ns分別是空氣和二氧化硅的折射率。
圖7是圓形微光纖和雙槽型結構微光纖交疊積分絕對值I P 21與二次諧波匹配波長Asffi的關系曲線圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步詳細的說明。
以纖芯是二氧化硅、包層是空氣的拉錐微光纖為例，本發明的原理如下
忽略泵浦損耗，采用小信號極限近似，SHG過程可以用下列方程表述A
—1 ----- ip, Af εχρ(/Δ^3:) = 0ι >dz _
其中A1, A2分別是基模和二次諧波信號光場的振幅，Λ β =2 β「β 2是基模和二次諧波有效傳播常數的失配量(波矢失配量)，P 2是交疊積分，
Pi = ^--Je2-Pt2VtSU」
其中《2是二次諧波的角頻率。積分在光纖截面上進行，dS是積分面積元。場分量都經過歸一化，歸一化因子為
Nj = + j"| (V, Xh. 丨 dS (j = 1,2)( ■>)
導模的電場和磁場可以分別表不為
E(r, (Oj) =Aj (Coj) ej (r, (Oj) exp (i (β jZ-(Ojt)) (4)
H(r, ω」)=Aj (ω」)hj (r, ω」)exp (i ( β」ζ_ω」t)) (5)
Ρ(2)是二階非線性極化強度，分別來自光纖表面偶極子和體多極子兩方面的貢獻。 通過相關文獻及計算可知，體多極子對Ρ(2)的貢獻相較于光纖表面偶極子的貢獻可以忽略， 因此二階非線性極化強度可以近似用表面二階非線性極化強度代替，
權利要求
1.一種提高微光纖表面二次諧波轉換效率的結構，其特征在于，拉錐微光纖沿其長度方向上開有凹槽結構，所述凹槽位于拉錐微光纖的腰部。
2.根據權利要求I所述的一種提高微光纖表面二次諧波轉換效率的結構，其特征在于，所述凹槽的截面為矩形、V字形或者圓角矩形；所述凹槽的數量為單個或多個。
3.根據權利要求I或2所述的一種提高微光纖表面二次諧波轉換效率的結構，其特征在于，所述凹槽的槽寬小于微光纖腰部直徑，槽深小于或等于微光纖腰部直徑。
全文摘要
本發明提出一種提高微光纖表面二次諧波轉換效率的結構。該結構具體為在拉錐微光纖沿其長度方向上的凹槽結構，所述凹槽位于拉錐微光纖的腰部。凹槽的截面可以是矩形、V字型、圓角矩形等形狀，并且不限于在微光纖上設置單槽結構，還可以是雙槽及多槽結構。本發明槽型結構的引入能增大微光纖表面積，并能有效增強光纖表面光場強度，從而增強微光纖表面二次非線性交疊積分，進而提高微光纖表面二次諧波的轉換效率。
文檔編號G02F1/35GK102929070SQ20121046563
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月19日 優先權日2012年11月19日
發明者徐飛, 羅煒, 陸延青, 胡偉 申請人:南京大學(蘇州)高新技術研究院