[發(fā)明專利]一種提高準(zhǔn)相位匹配倍頻轉(zhuǎn)換帶寬的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610080304.2
• 申請(qǐng)日: 2016-02-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105573009B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣建;張建東;肖璇;王凱;陸云清;王瑾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): G02F1/35
• 分類號(hào): G02F1/35;G02F1/355;G02F1/37
• 代理公司: 南京知識(shí)律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 李湘群

本文發(fā)明了一種提高準(zhǔn)相位匹配倍頻轉(zhuǎn)換帶寬的方法，該方法中所使用的晶體具有非周期結(jié)構(gòu)，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)波長(zhǎng)倍頻轉(zhuǎn)換，該晶體在特定波長(zhǎng)范圍內(nèi)同時(shí)滿足準(zhǔn)相位匹配和群速度匹配條件。所述晶體的最優(yōu)結(jié)構(gòu)通過(guò)遺傳算法得出。該晶體的優(yōu)選結(jié)構(gòu)為非周期極化鈮酸鋰晶體，晶體呈長(zhǎng)方體形狀，上下表面平行且均被拋光，晶體在光波傳播方向被均勻分割成相等長(zhǎng)度的單元疇，每個(gè)單元疇的自發(fā)極化方向選擇向上或向下，連續(xù)幾個(gè)符號(hào)相同的單元疇組成一個(gè)正疇或負(fù)疇。該方法能在同時(shí)滿足準(zhǔn)相位匹配和群速度匹配條件下，在某一特定波長(zhǎng)范圍內(nèi)保持較高且平坦的轉(zhuǎn)換效率，而且還能拓寬倍頻轉(zhuǎn)換帶寬，具有重要的理論和實(shí)際意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種提高準(zhǔn)相位匹配倍頻轉(zhuǎn)換帶寬的方法。

背景技術(shù)

二階非線性光學(xué)效應(yīng)如倍頻、和頻、差頻和光參量振蕩等一直是非線性光學(xué)的研究熱點(diǎn)。利用材料的二階非線性系數(shù)，可實(shí)現(xiàn)頻率轉(zhuǎn)換等二階非線性過(guò)程。然而，由于基波與諧波在材料中的傳播速度不一致，會(huì)導(dǎo)致位相失配，降低轉(zhuǎn)換效率[葉佩弦，非線性光學(xué)，中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，北京,1999.]。以光學(xué)二倍頻為例，基波頻率為ω，二次諧波頻率為2ω，設(shè)基波和二次諧波在材料中的折射率分別為n_ω和n_2ω，則對(duì)應(yīng)的波矢分別為在非線性光學(xué)晶體中，由于存在色散，一般有n_2ω﹥n_ω，所以存在位相失配其中，λ為基波在真空中的波長(zhǎng)。在晶體中，當(dāng)位相失配時(shí)，二次諧波強(qiáng)度沿相互作用距離周期性地增強(qiáng)和衰減。通常在激光技術(shù)中常用兩種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)相位匹配。一種是Kleinman在1961年提出的雙折射相位匹配(BPM)[W.G.Spitzer,and D.A.Kleinman,Phys.Rev.121,001324(1961)]，這種方法主要利用各向異性的晶體的雙折射效應(yīng)和色散效應(yīng)，通過(guò)調(diào)節(jié)晶體的溫度和入射光的角度，使基波的o光(e光)與諧波的e光(o光)的折射率相等以實(shí)現(xiàn)相位匹配，但這種方法存在很多難以克服的缺點(diǎn)，極大的限制了晶體的范圍和能量轉(zhuǎn)換效率。另一種能使二次諧波的能量在晶體中連續(xù)增長(zhǎng)的方法是準(zhǔn)相位匹配(QPM：Quasi-Phase matching)技術(shù)。1962年，J.A.Armstrong和N.Bloembergen[J.A.Armstrong,N.Broembergen,J.Ducuing,andP.S.Pershan.Interactions between light waves in a nonlineardielectric.Phys.Rev.1962,127(6):1918-1939.]提出了準(zhǔn)位相匹配的概念，即可以通過(guò)改變晶體的自發(fā)極化符號(hào)來(lái)增強(qiáng)非線性頻率變換效應(yīng)，利用超晶格結(jié)構(gòu)提供適當(dāng)?shù)牡垢袷?，補(bǔ)償基波與諧波之間的位相失配，從而滿足動(dòng)量守恒條件。設(shè)倒格矢大小為G，波矢匹配條件可表示為即當(dāng)滿足相位匹配時(shí)可保持二次諧波在整個(gè)晶體中持續(xù)增長(zhǎng)。

對(duì)于寬帶激光高效諧波的轉(zhuǎn)換的研究具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值，但是，由于在高效、寬帶諧波轉(zhuǎn)換過(guò)程中需同時(shí)滿足相位匹配條件和群速度匹配條件，而一般情況下對(duì)于大部分各向異性的晶體這兩個(gè)匹配方向是不重合的，因此無(wú)法同時(shí)滿足兩個(gè)匹配條件。為此，近年來(lái)提出了一些解決方案，一是角度色散補(bǔ)償技術(shù)[Skeldon M D，Craxton RS，Kessler T J，Seka W，Short R W，Skupsky S，Soures J M 1992IEEE J.QuantumElectron.28 1389]、二是啁啾匹配技術(shù)[Qian L J 1995Acta Opt.Sin.15 662(inChinese)[錢列加1995光學(xué)學(xué)報(bào)15 662]]、三是多晶體級(jí)聯(lián)技術(shù)[Eimerl D，Auerbach J M，Barker C E，Milam D，Milonni P W 1997Opt.Lett.22 1208]、四是折返點(diǎn)匹配技術(shù)[Eimerl D，Auerbach J M，Barker C E，Milam D，Milonni P W1997Opt.Lett.22 1208]。但是每一種技術(shù)都會(huì)有一定的局限性，因此寬帶激光高效諧波的轉(zhuǎn)換問(wèn)題還沒(méi)有很好的解決。