[發明專利]一種基于一維光子晶體的非線性激光限幅結構

有效

• 申請號: 201811602766.1
• 申請日: 2018-12-26
• 公開（公告）號: CN109343159B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 路元剛;申家嶺;左宇杰;馬海霞;王吉明;徐鋒;左敦穩
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G02B1/00
• 分類號: G02B1/00;G02F1/355
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 張明浩

本發明公開了一種基于一維光子晶體的非線性激光限幅結構，該非線性激光限幅結構由以三種介質按一定順序排列的光子晶體構成，設三種介質分別為A、B、C，則光子晶體的結構為(AB)₆CAC(AB)₆，其中，適用于532nm激光限幅的光子晶體結構中三種介質A、B和C分別為金剛石、SrF₂和CS3?68 glass，介質層A、B和C的厚度分別為184.1nm、92.0nm和138.1nm；適用于1064nm激光限幅的光子晶體結構中三種介質A、B和C分別為金剛石、CeF₃和CdTe，介質層A、B和C的厚度分別為149.3nm、74.7nm和112.0nm。本發明可有效用于532nm與1064nm波長激光限幅系統中，實現對弱光的高透過率和強光的高衰減率。

技術領域

本發明涉及光子晶體與非線性光學領域，具體涉及一種具有非線性透過率的一維光子晶體激光限幅結構，可應用于532nm與1064nm激光要求弱光高透過率和強光高衰減率的非線性限幅應用場合。

背景技術

隨著激光在工業、科研、醫療中的廣泛應用，激光防護日益得到重視。因人眼與各類裝備中的光電裝置在強激光的照射下可能會造成不可逆的損傷，所以需要對強激光進行限幅。而功率較弱的激光又可作為信號探測光不需限幅，故使激光防護結構具備非線性特性有重要意義。如常見的波長為532nm與1064nm的激光在強光下既可作為對人和設備有害的激光，又可在弱光下作為可利用的激光，故需要設計一種在弱光下有較高透光率、在強光下有較高衰減率的激光防護結構。目前非線性激光限幅結構的研究主要是基于非線性吸收、散射和折射等光學效應。其中，反飽和吸收是基于非線性吸收光限幅領域中常用的防護手段，但是其穩定性及合成后特定的吸收波段等因素限制了它的發展。如2003年Soon等人利用一維光子晶體中克爾介質的飽和吸收與反飽和吸收原理，實現了對強光的限幅效果，但其限幅效果不佳。基于非線性散射原理的光限幅輸出幅值較低，但限幅閾值很高，難以同時實現弱光下的高透射及強光下的高衰減；基于非線性折射原理的光限幅閾值較低，但實際應用中的結構太過復雜。此外，基于相變原理的VO₂薄膜也是常用的一種激光限幅手段，但其通過溫度來調控光透過率的方法不易掌控。

自1987年Yablonovitch和John各自提出光子晶體的概念以來，光子晶體已成為光電子材料的一個重要研究領域。折射率不同的電介質在空間上周期性排列所構成的光子晶體會受到電介質材料介電常量的周期性調制，從而產生光子帶隙。而在光子晶體周期性電介質層中引入缺陷層（其電介質的介電常量與其余周期性電介質層的介電常量不同），使光子禁帶出現缺陷態，允許特定波長的光通過光子晶體,可制作微諧振腔、超窄帶濾波器和光波導等。

將光子晶體應用于激光限幅，已實現了基于一維光子晶體帶隙反射的YAG激光防護鏡設計，但這種方法不能同時實現對強光的高衰減和弱光的高透射，屬于線性激光限幅范疇。1996年首次實現了基于一維光子晶體的非線性激光限幅結構，但其在弱光下的透過率為50%，限幅效果不佳。目前已有幾種基于光子晶體的可調諧濾波器可用于非線性激光限幅。其中，將液晶作為一維光子晶體缺陷層的非線性激光限幅結構，存在響應速度較慢的缺陷；利用光子晶體介質層的介觀壓光效應實現的可調諧濾波器，有靈敏度不高的問題；通過調整入射光角度來實現濾波器可調諧功能的方法，對方位角控制精度要求高，較難應用于實際的激光限幅中；基于二維光子晶體結構的可調諧濾波器，制備困難且非線性限幅閾值過高。

為了解決現有技術存在的缺陷，本發明針對532nm與1064nm激光，設計了一種新型的一維光子晶體限幅結構，利用現有的線性介質和非線性介質分別作為光子晶體的周期性介質層和雙缺陷層，實現了對強光的高衰減與弱光的高透射。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提供一種能針對532nm與1064nm激光實現對強光的高衰減與弱光的高透射的基于一維光子晶體的非線性激光限幅結構。

為實現上述技術目的，本發明采取的技術方案為：