Optical Nonlinearities in Chalcogenide Glasses and their Applications

فتونیک، که از فوتون‌ها برای پردازش اطلاعات و تصویر استفاده می‌کند، فناوری قرن 21^st نام‌گذاری شده است، که فرآیندهای نوری غیرخطی عملکردهای کلیدی تبدیل فرکانس و تبدیل فرکانس را ارائه می‌کنند. سوئیچینگ نوری فیبر شیشه ای کالکوژنید به دلیل غیرخطی بودن نوری بالا و طول برهمکنش طولانی، یکی از امیدوارکننده ترین نامزدها برای استفاده به عنوان یک محیط نوری غیر خطی است. از آنجایی که الیاف شیشه کالکوژنید به داخل IR منتقل می شوند، کاربردهای بالقوه زیادی در مناطق غیر نظامی، پزشکی و نظامی وجود دارد. یکی از هیجان‌انگیزترین پیشرفت‌ها در آینده در زمینه دوپینگ یون‌های خاکی کمیاب از الیاف کالکوژنید برای انتشار فلورسانس IR است. منابع نور مادون قرمز، لیزرها و تقویت کننده های توسعه یافته با استفاده از این پدیده در کاربردهای عمرانی، پزشکی و نظامی بسیار مفید خواهند بود. طیف‌سنجی IR از راه دور و تصویربرداری با استفاده از الیاف انعطاف‌پذیر برای کاربردها قابل اجرا خواهد بود. سایر زمینه های تحقیقاتی آینده که به طور اجتناب ناپذیری مورد بررسی قرار خواهند گرفت شامل خواص نوری غیرخطی این شیشه های IR است. ارتباطات نوری با سرعت بالا به قابلیت های پردازش و سوئیچینگ تمام نوری بسیار سریع نیاز دارد. غیرخطی کر، یک غیرخطی نوری فوق سریع، اغلب به عنوان مکانیزم کلیدزنی اصلی استفاده می شود. یک دستگاه کاربردی و کوچک که می تواند انرژی های ~ 1 pJ را تغییر دهد، به یک اثر کر بزرگ با حداقل تلفات (هم خطی و هم غیر خطی) نیاز دارد. کالکوژنیدها دارای غیرخطی کرر صدها برابر بزرگتر از سیلیس هستند، که آنها را برای دستگاه های فوق سریع تمام نوری عالی و منحصر به فرد می کند. نتایج غیر خطی بودن شیشه‌های کالکوژنید نشان‌دهنده پتانسیل بالای برخی از این شیشه‌ها برای سوئیچینگ تمام نوری و دستگاه‌های پردازش تمام نوری است.

Photonics, which uses photons for information and image processing, has been labeled the technology of the 21^st century, for which non-linear optical processes provide the key functions of frequency conversion and optical switching. Chalcogenide glass fiber is one of the most promising candidates for use as a non-linear optical medium because of its high optical nonlinearity and long interaction length. Since the chalcogenide glass fibers transmit into the IR, there are numerous potential applications in the civil, medical and military areas. One of the most exciting developments in the future is going to be in the area of rare-earth ion doping of chalcogenide fibers for IR fluorescence emission. The IR light sources, lasers and amplifiers developed using this phenomena will be very useful in civil, medical and military applications. Remote IR spectroscopy and imaging using flexible fibers will be realized for applications. Other future research areas which will inevitably be explored includes non-linear optical properties of these IR glasses. High-speed optical communication requires ultra-fast all-optical processing and switching capabilities. The Kerr non-linearity, an ultrafast optical non-linearity, is often used as the basic switching mechanism. A practical, small device that can be switched ~ 1 pJ energies requires a large Kerr effect with minimal losses (both linear and non-linear). Chalcogenides have a Kerr non-linearity hundred of times larger that silica, making them excellent and unique for ultrafast all-optical devices. Results of non-linearity of chalcogenide glasses indicate the great potential of some of these glasses for all-optical switching and all-optical processing devices.