[發(fā)明專利]一種產(chǎn)生非共線三波長激光的二維準周期光學(xué)超晶格結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710244646.8
• 申請日: 2017-04-14
• 公開（公告）號: CN107015294A
• 公開（公告）日: 2017-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙麗娜;曾鑫;劉杰;高垣梅;任瑩瑩
• 申請（專利權(quán)）人: 山東師范大學(xué)
• 主分類號: G02B1/00
• 分類號: G02B1/00;G02B27/00;G02F1/355
• 代理公司: 濟南圣達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司37221
• 代理人: 張曉鵬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于晶格結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域，具體涉及一種產(chǎn)生非共線三波長激光的二維準周期光學(xué)超晶格結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法。

背景技術(shù)

在非線性光學(xué)中，由于材料色散和高效的非線性過程通常需要補償參量光之間的相位失配。補償相位失配的方法有兩種：雙折射相位匹配和準相位匹配。準相位匹配是利用光學(xué)超晶格提供的倒格矢來補償入射光與參量光之間位相失配。利用準相位匹配產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)叫做光學(xué)超晶格，一維周期光學(xué)超晶格通常提供一個倒格矢，參與一個非線性過程。在許多領(lǐng)域，如多輻射光源產(chǎn)生、多色光孤子、多糾纏光源等，需要多個非線性過程同時實現(xiàn)，而多個非線性過程需要更為復(fù)雜的光學(xué)超晶格結(jié)構(gòu)。二維周期光學(xué)超晶格和二維準周期光學(xué)超晶格由于提供豐富的倒格矢用于相位匹配，可用于實現(xiàn)多個非線性過程。二維周期光學(xué)超晶格由于受到自由度的限制，無法實現(xiàn)透光波段內(nèi)任意波長的非線性過程，而二維準周期光學(xué)超晶格設(shè)計更為靈活，不僅提供共線倒格矢，還可以提供非共線倒格矢，二維準周期光學(xué)超晶格通常使用Penrose拼砌的方法進行設(shè)計，這種方法是由兩種平行四邊形拼砌而成，由于受到自由度的限制，無法實現(xiàn)任意非線性過程。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種產(chǎn)生非共線三波長激光的二維準周期光學(xué)超晶格結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法。而本發(fā)明利用廣義雙網(wǎng)格方法設(shè)計二維準周期光學(xué)超晶格，這種方法允許倒格矢的大小和方向根據(jù)非線性過程進行設(shè)計，易于實現(xiàn)任意波長的非線性過程，獲得非共線、多波長激光。該設(shè)計方法可以靈活適應(yīng)于任意頻率的變化，設(shè)計得到的二維準周期光學(xué)超晶格可以實現(xiàn)非共線相互作用，獲得非共線激光輸出，不需要復(fù)雜的分光器件，為量子光學(xué)等領(lǐng)域提供了更多便利。非共線相互作用使得頻率上轉(zhuǎn)換的溫度帶寬增加，所以在帶寬控制方面為非線性過程提供了更大的靈活性。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種產(chǎn)生非共線三波長激光的二維準周期光學(xué)超晶格結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，包括如下步驟：

1)確定兩個基波光源，將兩個基波光源在產(chǎn)生非共線三波長激光過程中發(fā)生的三個非線性過程中的波矢失配量作為二維準周期光學(xué)超晶格在倒空間的三個倒格矢G₁,G₂,G₃，三個倒格矢的大小和方向根據(jù)倒格矢的傅里葉系數(shù)進行優(yōu)化，它們在x、y兩個方向上的分量為(G₁₁,G₁₂)，(G₂₁,G₂₂)，(G₃₁,G₃₂)，根據(jù)廣義雙網(wǎng)格方法，通過在倒空間增加三個第三維矢量q_j＝(q₁,q₂,q₃)，構(gòu)成三維空間的基矢量K_j，K_j可以寫成一個3×3矩陣如下

2)將步驟1)獲得的倒格矢經(jīng)過正交性關(guān)系得到正空間的三個三維基矢量，

其中是二維正空間的三個基矢量，是第三維正空間的基矢量；

由三個基矢量a₁,a₂,a₃組成三種平行四邊形，三種平行四邊形以準周期序列布滿整個正空間，平行四邊形的頂點作為二維準周期光學(xué)超晶格圓形疇的中心，圓形疇的半徑根據(jù)倒格矢的傅里葉系數(shù)進行優(yōu)化，獲得二維準周期光學(xué)超晶格。

進一步的，步驟1)中，兩個基波光源包括第一基波光源和第二基波光源，所述三個非線性過程包括第一基波光源和第二基波光源的和頻過程、第一基波光源的倍頻過程和第二基波光源的倍頻過程。

更進一步的，第一基波光源和第二基波光源的波長不同。

更進一步的，所述基波光源為脈沖或連續(xù)的光源。

進一步的，三個倒格矢與傅里葉系數(shù)和疇半徑的函數(shù)為：

其中K為常數(shù)，R為圓形疇半徑，J₁為一階貝瑟爾函數(shù)，G_j＝|G_j|(j＝1,2,3)，ρ具體表示為：