(a) Graphique schématique de la condition de correspondance de phase supplémentaire dans des cristaux optiques non linéaires arbitraires. Les régions blanches et grises représentent des cristaux ordonnés et des amorphes désordonnés, respectivement. La longueur de période est égale à la somme de la largeur ordonnée La et de la largeur désordonnée Lb (Λ =La + Lb). Notamment, La et Lb peuvent être équivalents à une longueur cohérente Lc ou à un multiple entier de Lc. deff/0 et n1/n2 représentent le coefficient non linéaire de second ordre et l'indice de réfraction des régions ordonnées et désordonnées, respectivement. (b) Estimation schématique de l'amplitude du champ SH du quartz APP avec différentes phases décalées (ΔφAPP) sous la même longueur de cristal. (c) Calcul théorique de l'APP (ΔφAPP) avec les échantillons de quartz APP de La=Lb=2,1 m, 1,4 µm, et 0,7 m (d) 177,3 nm de puissance de sortie SHG en quartz APP (point violet) avec La=Lb=2,1 m et Δφ=3π et en quartz brut (point vert). Crédit :Mingchuan Shao, Fei Liang, Haohai Yu, Huaijin Zhang
La condition d'accord de phase est le critère clé pour une conversion de fréquence non linéaire efficace. Ici, Des scientifiques chinois ont utilisé une technique de phase périodique supplémentaire (APP) pour répondre à la condition de correspondance de phase dans le cristal de quartz et ont démontré expérimentalement la conversion de fréquence non linéaire efficace du visible à la région spectrale de l'ultraviolet profond. La théorie de l'APP et le rayonnement généré du visible à l'ultraviolet profond révolutionneraient la photonique non linéaire de nouvelle génération et leurs applications ultérieures.
La conversion de fréquence optique non linéaire est une technique importante pour étendre la longueur d'onde des lasers qui a été largement utilisée dans la technologie moderne. L'efficacité de la conversion de fréquence dépend de la relation de phase entre les ondes lumineuses en interaction. Une efficacité de conversion élevée nécessite un accord de phase satisfaisant. Cependant, en raison de la propriété de dispersion des cristaux optiques non linéaires, une désadaptation de phase se produit toujours ; Donc, les conditions d'accord de phase doivent être spécialement conçues. Il existe deux techniques largement utilisées pour l'appariement de phase :l'appariement de phase biréfringence (BPM) et l'appariement de quasi-phase (QPM). Normalement, Le BPM utilise les propriétés de biréfringence naturelle des cristaux optiques non linéaires, et QPM se concentre principalement sur l'inversion périodique des domaines ferroélectriques. Cependant, la plupart des cristaux optiques non linéaires ne possèdent ni une biréfringence suffisante ni des domaines ferroélectriques contrôlables. Par conséquent, il est urgent de développer de nouvelles voies pour répondre à l'accord de phase dans des cristaux non linéaires arbitraires et dans de larges gammes de longueurs d'onde.
Dans un nouvel article publié dans Science de la lumière et applications , des scientifiques du State Key Laboratory of Crystal Materials et de l'Institute of Crystal Materials, Université du Shandong, Chine, a proposé un concept basé sur les principes de base de la transformation de fréquence non linéaire, phase périodique supplémentaire (APP) à partir de l'alignement du désordre, qui peut intercepter le canal de transmission d'énergie de la lumière non linéaire à la lumière fondamentale et compenser les phases dépareillées. Le concept APP signifie qu'après la propagation de la lumière à la longueur de cohérence Lc, la différence de phase générée _PD a été compensée par la différence de phase supplémentaire Δφ_APP avec Δφ_APP+Δφ_PD=2mπ (m est l'entier). Basé sur le concept APP, une structure périodique ordonnée/désordonnée est introduite dans le cristal de quartz par la technologie d'écriture laser femtoseconde pour obtenir une sortie efficace de l'ultraviolet à l'ultraviolet profond à la longueur d'onde de 177,3 nm. Plus intéressant, l'appariement de phase APP peut éliminer les limitations des matériaux biréfringents et ferroélectriques sur la conversion de fréquence non linéaire et devrait être applicable à tous les cristaux non linéaires non centrosymétriques pour obtenir une sortie efficace à n'importe quelle longueur d'onde dans la plage de transmission des matériaux.
"Au meilleur de nos connaissances, la génération d'ultraviolets profonds à phase adaptée à 177,3 nm a d'abord été obtenue via un cristal de quartz avec un rendement élevé de 1,07 ‰, " ont-ils ajouté.
"Cette stratégie APP peut fournir une voie polyvalente pour les cristaux non linéaires arbitraires dans la longueur d'onde à large bande. Plus important encore, cet alignement ordre/désordre ajoute un paramètre physique variable dans les systèmes optiques, conduisant ainsi à une révolution de nouvelle génération dans la modulation non linéaire ou linéaire et la photonique classique ou quantique, ", prédisent les scientifiques.
