[發明專利]基于周期性極化鈮酸鋰的倍頻的增強方法

有效

• 申請號: 201310597494.1
• 申請日: 2013-11-22
• 公開（公告）號: CN103605248A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 陳玉萍;李廣珍;唐喻斌;張晉平;蔣淏葦;陳險峰
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G02F1/37
• 分類號: G02F1/37
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

技術領域

本發明涉及的是一種光信息處理技術領域的方法，具體涉及一種基于周期性極化鈮酸鋰的倍頻的增強方法。

背景技術

自激光技術誕生以來，非線性頻率轉換技術和慢光技術一直是研究的熱點。基于周期極化非線性晶體的準相位匹配技術（QPM）是拓寬激光可調諧波長最有效、最常用的辦法之一。常用的周期極化非線性晶體有：LiNbO₃（PPLN）、LiTaO₃及KTP等。準相位匹配技術即人為的在非線性晶體中制備周期性極化反轉光柵，對晶體的非線性系數進行周期性調制，從而滿足相位匹配的條件。在頻率轉換技術中，倍頻（SHG）技術應用最為廣泛。LiNbO₃晶體為負單軸晶體，有兩種倍頻方式，0型倍頻和I型倍頻。0型倍頻是指參與倍頻過程的基頻光和倍頻光都是在晶體中以非尋常光（E光，Extraordinary?Light）入射或傳播的；I型倍頻是指參與倍頻過程的基頻光以尋常光(O光，Ordinary?Light），倍頻光以非尋常光入射或傳播的。0型倍頻使用的非線性系數為d₃₁，倍頻效率高但是帶寬窄；I型倍頻使用的非線性系數為d₃₃，倍頻帶寬寬，但是效率低。兩種倍頻產生的都是非尋常光。慢光效應作為光子晶體一個很重要的特性，可以用于實現時間延遲、增加相移以及增強非線性效應等。

經對現有技術的檢索發現，2007年F.LU等人在《Electronics?Letters》（43，2007）上“Broadcast?wavelength?conversion?based?on?cascaded?（2）nonlinearity?in?MgO-doped?periodically?poled?LiNbO3”（《基于周期性極化鈮酸鋰晶體的二階非線性系數多波長轉換器》）一文，其中采用了非線性的倍頻過程。雖然采用了準位相匹配技術（QPM），但是同時，由于倍頻非線性系數不大，需要很高的泵浦光功率才可以得到可觀的轉換效率。

2010年Kun?Liu等人在《Applied?Physics?Letters》（97，2010）上發表了“Active?control?of?group?velocity?by?use?of?folded?dielectric?axes?structures”（《利用層疊介電軸結構的群速度調控》）一文，該文介紹了利用在周期性疇反轉鈮酸鋰晶體PPLN內，通過外加橫向Y向電場使得晶體的正疇和負疇的光軸形成一個周期性搖擺，從而使得經過每一個疇之后的出射光的偏振方向都發生改變。在經歷合適的N個疇之后，出射光的偏振方向與入射時垂直，從而形成禁帶。文章中還表明，利用這個禁帶，可以形成較慢的群速度。

對比上述準相位匹配頻率轉換技術及群速度控制方法參考文獻，本專利提出制作一種周期性結構，外加電壓構造一維電光光子晶體，同時實現上述兩種基于準位相匹配的倍頻方式和群速度調控形成的慢光效應，以達到增強二階非線性效應的方法設計，解決O光倍頻效率低和E光倍頻帶寬窄的問題。

經過對現有技術的檢索發現，中國專利文獻號CN102338966A，公開日2012-02-01，公開了一種偏振無關的準位相匹配倍頻器，該技術包括在光路中依次擺放的消偏器和第一周期性極化鈮酸鋰晶體片和第二周期性極化鈮酸鋰晶體片；其中，所述第一周期性極化鈮酸鋰晶體片和所述第二周期性極化鈮酸鋰晶體片光學性能相同，分別為Z向切割的鈮酸鋰晶體經過室溫電場極化制成，所述室溫電場極化為在鈮酸鋰晶體片的+Z面上負疇區域改變電疇極化方向；所述光路的方向為x-y-z坐標系中的x方向；所述第一周期性極化鈮酸鋰晶體片的c軸沿z方向，所述第二周期性極化鈮酸鋰晶體片的c軸沿y方向。但該技術的缺陷在于其結構復雜，必須通過兩塊PPLN晶片才能實現。并且只能達到0型倍頻，因為0型倍頻帶寬較窄且泵浦波長固定，所以倍頻光的波長不可調，難以滿足現有工業需求。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提出一種基于周期性極化鈮酸鋰的倍頻的增強方法，基于兩種倍頻效應，加電壓后O光會轉為E光，E光的倍頻效率遠大于O光，同時O光、E光相互耦合可以產生慢光，可以進一步增強倍頻。所以可以使O光的倍頻效率得到大大的增強。進而通過改變周期性極化鈮酸鋰晶體的周期和溫度，可以改變同時實現O、E光和禁帶的波長位置，即可在寬帶倍頻內調節倍頻增強的位置。