准相位匹配

摘要： 轨道角动量(OAM)是光的一个重要的自由度。由于携带OAM的光束具有特殊的强度相位分布以及力学效应,使得此类光束在高速光通信、测量、成像、光镊和量子信息中具有广泛的应用。关于OAM光束在准相位匹配晶体(QPM)中的频率变换研究,一方面可以研究OAM光束参与非线性相互作用时与高斯光束不同的物理机制;另一方面,非线性过程提供了多种有效的光场调控手段,可以实现携带OAM光场不同自由度的精细调控,为满足不同的光学应用奠定基础。综述了近十年来OAM光束在QPM晶体中的非线性转换研究主要进展,具体包括:非线性过程中OAM光束的守恒、传输、演化和干涉行为研究,高效率的OAM激光和单光子态频率转换研究,OAM频率转换效率模式非依赖性研究,矢量光束的频率转换研究,以及无后向选择的高维OAM纠缠态的制备研究。最后讨论和展望了OAM在QPM晶体中频率转换方面的未来研究趋势。

摘要： 中红外波段3—5μm激光光源在医疗、基础科学、通信、工业等众多领域都有着重要的应用需求,而受制于中红外波段的增益介质,传统的激光产生及放大的方法如再生放大、多程放大、行波放大等已经不适用.为了产生宽带且高能量的中红外激光,本文结合准相位匹配技术和啁啾周期极化铌酸锂(CPPLN)晶体进行了理论分析.通过计算分析铌酸锂晶体的色散关系曲线,对CPPLN晶体的结构参数进行设计和调节.结合非线性耦合波方程组与四阶龙格库塔法对该晶体在800 nm激光的抽运下,与0.95—1.6μm范围内的信号光进行准相位匹配差频转换进行了数值模拟.研究表明,在单块CPPLN晶体中,结合准相位匹配技术,能够高效产生覆盖1.6—5μm的中红外激光.对CPPLN晶体产生中红外激光的理论分析和数值模拟,能够为进一步的实验探究等提供方案参考和理论支持.

摘要： 为方便利用非线性兰姆波二次谐波分量进行对称波纹板的早期损伤无损健康检测,基于二次材料弱非线性,建立非线性兰姆波二次谐波结构准相位匹配理论。以结构准相位匹配理论为指导,依据波纹板的空间周期和平均厚度,选择超声波检测基波频率,确定接收探头的空间分布规律。以经过汉宁窗调制的中心频率为500 kHz的短脉冲激励为例,建立仿真模型,验证对称波纹板结构准相位匹配理论,实施对称波纹板材结构早期损伤超声无损健康检测。理论仿真结果与分析讨论表明,通过结构准相位匹配,对称波纹板非线性兰姆波二次谐波分量具有更长的累积距离,可从基波获得更多的能量,可有效实施基于非线性兰姆波二次谐波分量的波纹板结构早期损伤超声无损健康检测。

摘要： 光学超晶格是一种基于准相位匹配技术的非线性光学材料。通过铁电畴工程研制出不同微结构的光学超晶格,可以实现高效灵活的非线性频率转换,并对光场进行多维调控。光学超晶格的基质材料,经历了从体块到薄膜的发展,伴随着两种材料体系超晶格制备技术的突破,催生了激光变频技术、非线性光场调控和多功能集成光量子芯片等重要应用。

摘要： 本文设计了一种梯形的周期极化掺镁铌酸锂(PPMgLN)波导,并通过在传播方向上引入温度梯度来拓宽其倍频(SHG)过程的泵浦光源可接收带宽。通过有限差分的光束传输法,计算波导的有效折射率,并进行波导尺寸的设计。结果表明,通过改变梯形波导不同位置的温度,使其形成一个温度梯度,可拓宽泵浦光源的波长可接收带宽。本文所设计的PPMgLN波导最大泵浦光源可接收带宽为C波段,即1 530~1 565 nm,该波导可倍频C波段,得到输出波段带宽为765~782.5 nm,温度调谐范围为30~150°C。

摘要： 1962年,诺贝尔奖获得者Bloembergen等提出了准相位匹配(quasi phase matching,QPM)理论,通过对光学晶体的二阶非线性极化率的周期性调制来补偿光频率变换过程中因色散引起的基波和谐波之间的相位失配,从而获得非线性光学效应的有效增强。20世纪70年代末,南京大学闵乃本等用晶体生长条纹技术生长出具有周期畴的铌酸锂晶体(后被称为光学超晶格),完成了首次准相位匹配的实验验证。20世纪80年代末,他们又提出了多重准相位匹配理论,将准周期(人工准晶)引入光学超晶格。到了20世纪90年代初,日本SONY公司、美国斯坦福大学、日本大阪大学、日本东北大学和中国南京大学等发展出图案极化技术,在铌酸锂(LN)、钽酸锂(LT)等不同铁电晶体中实现了铁电畴的周期极化反转,成功实现了倍频输出。后来南京大学研究组还将光学超晶格的研究从一维拓展到二维、三维,从经典光拓展到非经典光,极大地推动了光学超晶格晶体的应用研究。

摘要： 采用脉冲电压极化法在5％氧化镁掺杂的铌酸锂晶圆上制作了周期9.8μm的PPMgOLN晶体,用808LD泵浦Nd:YVO4晶体,采取线性平凹腔结构,优化镀膜方案,精确控温,使1064 nm和1342 nm双波长运转,并通过准相位匹配在极化晶体中的和频实现593 nm黄光输出.在泵浦功率为3 W时,和频光最大输出为255 mW的593 nm激光,光光转换效率为8.5％,输出功率波动1 h内小于2％.

摘要： 本文演示了紧凑的绿色和近红外双色连续波激光光源,其发射波长分别为516 nm和775 nm。设计并制造了级联的周期性极化掺镁铌酸锂晶体,用于同时转换通信波长的二次谐波(SHG)和三次谐波(THG),可以在相同温度下获得绿色和近红外激光的输出。通过建立一个单程激光测量系统,在2 W泵浦功率下获得516 nm的0.15 mW绿光和775 nm的1.19 mW的光,晶体温度控制在30.8°C。实验结果将为单激光器泵浦的紧凑型双波长共线激光器提供重要的案例。

摘要： 深紫外非线性光学晶体是深紫外全固态激光器的关键部件。由于带隙、非线性光学系数、双折射率等因素的限制,除KBe_(2)BO_(3)F_(2)晶体外,现有非线性光学晶体皆难以通过相位匹配实现深紫外激光输出。基于准相位匹配原理实现深紫外激光输出是解决深紫外非线性光学晶体相位匹配问题的新思路。综述了氟化钡镁(BaMgF_(4))晶体、镁方硼石(Mg_(3)B_(7)O_(13)Cl)晶体、硼锗酸镧(LaBGeO_(5))晶体的特性,并介绍了这些晶体基于准相位匹配原理应用于激光输出的研究进展。最后提出了有关准相位匹配深紫外非线性光学晶体研究的建议,并进行了展望。

摘要： 在倍频过程中，如果基频光和倍频光之间的相位失配量较大，在传输过程中基频光的能量会不断的转移到倍频光(效率极低)，并且倍频光的能量也会不断的回流到基频光，这一能量正流-回流过程循环往复进行。这种情况下，尽管基频光的能量不会发生显著变化，但它会感受到源自这一二阶非线性过程导致的相位变化，称为级联非线性相移。在相位失配量极大的近似条件下，该非线性相移具有克尔效应致非线性相移(三阶非线性)的特征，表现为基频光的自相位调制。不同之处在于该相移反比予相位失配量。选择不同的相位失配量的符号可以获得正的(自聚焦)或负的(自散焦)非线性相移。这一设计自由度使得级联非线性相移在脉冲孤子压缩、空间孤子形成以及飞秒克尔透镜锁模方面取得应用。rn 对准相位匹配结构中的级联非线性相移进行了研究。相位失配较大条件下得出的解析表达式表明：准相位匹配结构中，材料色散导致的相位失配以及周期性极化结构本身都会对基频光感应到的非线性相移起到贡献。而在普通晶体中，仅有材料本身色散导致的相位失配会对非线性相移起到贡献。因此，在准相位匹配结构中，通过合适的设计极化周期，可以调节等效相位失配量的大小及符号，从而在一定程度上对级联非线性相移进行调控。对耦合波方程组的精确数值求解证明了近似公式的正确性。此外，普通品体相位匹配条件下基频光不会感应到任何相移。而在准相位匹配结构中，即使满足等效相位匹配的条件，基频光依然感应到级联非线性相移，近似公式很好的预言了这一点以及相移的符号。rn 在强泵浦的条件下，普通晶体中的级联非线性相移会随传输距离呈现饱和态势。要想避免饱和必然要求增大相位失配，而这以减小非线性相移为代价。与之相比，研究表明：准相位匹配结构中的级联非线性相移大小取决于等效相位失配量，而饱和行为取决于材料包散导致的相位失配。因此可以同时获得较大的相移并且避免饱和出现。基于以上研究结果，认为准相位匹配结构将在级联非线性相移方而取得更广泛的应用。

摘要： 报道了在周期极化掺杂氧化镁的铌酸锂晶体中一个宽调谐中红外准相位匹配光学参量振荡器的产生.由于周期极化掺杂氧化镁的铌酸锂晶体具有较低矫顽场和更高损伤阈值的优点,所以选择丁该晶体并在其上设计了6个周期图案.在准相位匹配光学参量谐振腔中,宽调谐中红外波长是通过平移非线性晶体上图案的位置来实现的,此时该实验装置不需要重新准直.实验结果表明,当抽运波长为L064μm时,闲置光波长可调范围为3.649～4.115μm.在该实验中,晶体的光栅周期和光学谐振腔的阈值抽运能量分别与其相应的理论值基本上相吻合.

摘要： 全光网具有传统通信网络无法比拟的优点,要在全光域条件下实现信息的传输以及路由的交换,需要依靠全光逻辑器件来完成.本文基于PPLN波导的和频+差频效应(SFG+DFG),在准相位匹配条件下,采用波导级联的方式设计并实现了全光数值比较器.通过数值计算和仿真得到波形图和眼图,并通过讨论脉冲宽度、消光比以及峰值功率延迟时间等指标分析全光数值比较器的性能.

摘要： 在我们设计的一维非线性光子晶体中，光子晶体带隙(PBG)与准相位匹配(QPM)可以同时实现。如果再在这种结构中引入分布式布拉格反射镜(DBR)，非线性转换效率将会得到极大地提高。与普通的QPM-铌酸锂结构相比，具有DBR的非线性光子晶体可以增强二次谐波高达七个数量级。

摘要： 报道了采用1064nm激光抽运PPMgLN晶体准相位匹配技术实现3.8μm激光输出的实验结果。抽运源为二极管激光连续抽运Nd：YAG晶体声光调Q1μm激光器，PPMgLN晶体(MgO掺杂浓度5mol%)单谐振光参量振荡技术采用e→e+e相位匹配，消除了光束之间的走离效应，利用了PPMgLN晶体的最大非线性系数d33(27.4pm/V)。在1064nm激光抽运功率94W，声光Q开关工作频率8kHz的条件下，获得了平均功率11.2W，波长3.841.μm激光输出，光-光转换斜率效率14.5%，对应闲频波长1.47μm激光输出功率约28W。3.8μm激光水平方向和垂直方向光束质量M2因子分别为2.01和5.78。

摘要： 对共线、准共线、非共线准相位匹配的周期极化RbTiOAsO4(PPRTA)晶体的调谐输出特性进行了研究。指出在共线相位匹配条件下，通过极化周期和温度组合的调谐方式是一种简便的拓展调谐范围的方式。在非共线条件下，通过选择合适的极化周期和非共线角可以获得比共线准相位匹配更宽的调谐范围。

摘要： 从傅里叶展开三波耦合波方程出发,对准相位匹配光学参量振荡进行了理论研究.在理论研究的基础上,同时对准相位匹配周期极化掺镁铌酸锂微结构光学参量振荡进行了实验研究.通过改变微结构周期,实现了信号光从1.45～1.72μm的输出,最小阈值为30μJ.在温度30°C,抽运功率为300mW,最大信号光输出为56mW,斜率效率达18.7％.由于掺镁铌酸锂微结构抗光损伤性能显著提高,无需在高温下进行运转,使得掺镁铌酸锂微结构光学参量振荡器在常温条件下实现连续运转成为可能.与同成分铌酸锂微结构参量振荡相比,结构可以更加紧凑和小型化.

摘要： 脉冲信噪比是高强度激光的一个重要技术参数,反映了激光系统的技术水平.由于高强度激光的重复频率很低甚至单次运行,必须开发实时的单次测量技术.当前,信噪比单次测量技术非常匮乏,技术难度远高于扫描测量方式.本课题组提出了可实现大窗口、高动态范围测量的技术方案,形成了系列创新技术,通过关键技术集成研制了实用化的测量样机.原理性验证实验考核了技术方案的可行性、可靠性和主要技术性能,已实现动态范围约为109、时间窗口50～100ps和分辨率0.5～1ps的信噪比单次测量,且在时间窗口内无测量引入的假信号.脉冲信噪比单次测量样机已成功应H于我国的拍瓦激光装置.

摘要： 脉冲信噪比是高强度激光的一个重要技术参数,反映了激光系统的技术水平.由于高强度激光的重复频率很低甚至单次运行,必须开发实时的单次测量技术.当前,信噪比单次测量技术非常匮乏,技术难度远高于扫描测量方式.本课题组提出了可实现大窗口、高动态范围测量的技术方案,形成了系列创新技术,通过关键技术集成研制了实用化的测量样机.原理性验证实验考核了技术方案的可行性、可靠性和主要技术性能,已实现动态范围约为109、时间窗口50～100ps和分辨率0.5～1ps的信噪比单次测量,且在时间窗口内无测量引入的假信号.脉冲信噪比单次测量样机已成功应H于我国的拍瓦激光装置.

摘要： 脉冲信噪比是高强度激光的一个重要技术参数,反映了激光系统的技术水平.由于高强度激光的重复频率很低甚至单次运行,必须开发实时的单次测量技术.当前,信噪比单次测量技术非常匮乏,技术难度远高于扫描测量方式.本课题组提出了可实现大窗口、高动态范围测量的技术方案,形成了系列创新技术,通过关键技术集成研制了实用化的测量样机.原理性验证实验考核了技术方案的可行性、可靠性和主要技术性能,已实现动态范围约为109、时间窗口50～100ps和分辨率0.5～1ps的信噪比单次测量,且在时间窗口内无测量引入的假信号.脉冲信噪比单次测量样机已成功应H于我国的拍瓦激光装置.

摘要： 本发明涉及一种具有多方向多波长准相位匹配倍频的二维准周期光子晶体，采用铁电晶体材料，其表面上转印成二维n重准周期图案，外加高压脉冲极化该晶体，晶体的超晶格格点被极化制成极化反转圆柱，超晶格形状为二维n重准晶排列；超晶格对应的倒格矢也是二维n重准晶形状；晶体的极化方向与二维准晶结构的中心轴平行。该光子晶体可以在不同的角度对多束不同波长的光波进行倍频；同时旋转一定的角度可得到相同的结果，降低了频率转换中转换效率对角度的敏感性；利用具有高重对称性的二维准晶结构可为实现准连续波长的倍频转换奠定一定的理论和实验基础。

摘要： 本发明公开了一种实现准相位匹配多波长倍频转换的方法，属于光学元件技术领域，该方法中使用准周期结构的晶体，利用Type‑I(e+e→o)型准相位匹配，可以通过控制温度实现不同波长的倍频转换，所述的晶体材料为极化铌酸锂晶体，晶体的结构由两种不同畤长的单元畴连续嵌套形成，晶体被长度为A，B的单元畴连续嵌套，嵌套的排序为ABBA，A与B畤长的数值比由算法计算得出；本发明能在满足Type‑I(e+e→o)型准相位匹配的条件下，同时实现多个波长的倍频转换，而且可以通过控制温度来调节产生倍频光的波段，能在单一晶体结构中实现常用通信波段的全覆盖，具有重要的理论意义与现实意义。

摘要： 本发明是一种基于光纤的准相位匹配基模三次谐波转换方法，基频光在光纤中前向传输，产生基模三次谐波，导入与基频光具有相同中心波长的反向传输的激光脉冲序列，控制基频光与基模三次谐波相位失调区间的谐波效应，抑制谐波输出强度沿光纤纵向的振荡，使谐波沿着传输方向获得有效增长。本发明通过控制反向传输的激光脉冲序列的振幅、相位、脉冲宽度、重复周期等参数，调整准相位匹配，使三次谐波输出获得不同程度的增强。本发明使谐波沿着传输方向获得有效增长，谐波转换效率显著提高。本发明提供的方法可在基频的基模与三倍频的基模之间实现准相位匹配，从而获得基模三次谐波输出，倍频器可直接与其他通用光学设备兼容。

摘要： 本发明公开一种随机准相位匹配快速计算方法，具体步骤如下：(1)获取随机晶向的晶粒的有效非线性系数；(2)生成三维镶嵌结构以表征多晶晶粒空间形态；(3)按照多晶晶粒的空间形态分布沿通光路径方向排列生成有效非线性系数，得到不同相位失配量的幅度谱；(4)建立波长和二阶非线性过程的相位失配量的关系；(5)根据波长和相位失配量的对应关系，得到波长‑傅里叶变换幅度谱，并计算二阶非线性过程小信号解的非傅里叶变换部分的系数；(6)将非傅里叶变换部分的系数乘以傅里叶变换的幅度谱，得到不同波长的光经过二阶非线性作用产生的信号光电场振幅，对信号光电场振幅平方后得到信号光的强度信息。

摘要： 本发明涉及一种具有多方向多波长准相位匹配倍频的二维准周期光子晶体，采用铁电晶体材料，其表面上转印成二维n重准周期图案，外加高压脉冲极化该晶体，晶体的超晶格格点被极化制成极化反转圆柱，超晶格形状为二维n重准晶排列；超晶格对应的倒格矢也是二维n重准晶形状；晶体的极化方向与二维准晶结构的中心轴平行。该光子晶体可以在不同的角度对多束不同波长的光波进行倍频；同时旋转一定的角度可得到相同的结果，降低了频率转换中转换效率对角度的敏感性；利用具有高重对称性的二维准晶结构可为实现准连续波长的倍频转换奠定一定的理论和实验基础。

摘要： 本发明公开了一种在多模波导中实现多模准相位匹配四波混频的方法。本发明首先确定基模和高阶模对应的四波混频过程的目标信号光波长，再利用仿真软件对不同宽度的直波导的本征模式进行仿真，接着计算获得基模和高阶模分别对应的四波混频过程中直波导宽度‑相位失配量的关系曲线，再利用本发明提出的多模相位失配量等式确定直波导宽度，利用直波导长度与相位失配量的关系确定直波导长度，最终在多模波导中同时实现基模和高阶模的四波混频过程的准相位匹配。本发明以硅波导为例进行了仿真计算，结果显示可以在覆盖整个C波段以及大部分L波段的范围内实现高效率的多模波长转换，克服了现有的多模波长转换研究中存在的转换带宽较窄的问题。

摘要： 本发明提供一种基于准相位匹配的宽温倍频转化方法，包含一块周期性极化晶体，非线性光学晶体中相位失配量与晶体温度近似成线性关系，相位失配量对温度的二阶偏导远大于一阶偏导。通过合理设计非线性光学晶体的切割角度以及极化周期，满足准相位匹配条件且相位失配量对温度的一阶偏导为零，则使频率变换效率基本不受晶体温度变化影响。通过改变传统极化晶体切割角度，使得非线性光学频率变换在更宽温度范围内保持较高转换效率，提高非线性光学频率变换晶体器件的温度适应性及稳定性。本发明不需要温度控制设备，使得非线性光学频率变换晶体器件结构更加简单、紧凑，同时降低器件能耗、降低器件成本、提升器件性能。

摘要： 本申请实施例提供了一种准相位匹配器件PPKTP用KTP晶体及其制备方法，其先通过助熔剂法制备KTP晶体，以K7P3O11为助熔剂，并掺入少量Ba2+，大大减少了KTP中的K+空位浓度，降低了KTP的电导率。同时，与传统的K6P4O13助熔剂相比，K7P3O11与铂金坩埚的反应程度更小，这使得所制备的KTP晶体532nm激光吸收大大减少。本申请提供的低电导、低吸收、高光学均匀性KTP晶体性能完全满足制作准相位匹配器件PPKTP的要求。

摘要： 本发明公开了一种可实现自发准相位匹配频率转换的跑道型微环腔，涉及光学技术领域，该跑道型微环腔包括由上至下依次设置的空气覆盖层、X切铌酸锂薄膜层、二氧化硅绝缘层和硅衬底层，该跑道型微环腔由X切铌酸锂薄膜层刻蚀而成，包括两个直波导，两个半圆环波导和滑轮型耦合波导，两个直波导设置完全相同，两个半圆环波导设置为以铌酸锂晶体的Y轴镜像对称。本发明提供的跑道型微环腔可在不改变晶体属性的前提下实现准相位匹配，相较于传统外加电场极化的方法加工流程大幅度简化，且可用于提升多种波段下的二阶非线性频率转换效率，对制备集成量子光学芯片中的量子光源具有一定的意义。

摘要： 本发明公开了一种实现准相位匹配多波段宽带倍频产生的方法，属于光学元件技术领域，该方法中使用互补占空比的准周期结构的晶体，实现了对不同波段的宽带倍频输出；所述的晶体材料为极化铌酸锂晶体，晶体的结构由两个畴长不同的单元畴A、B嵌套组成，单元畴嵌套的顺序为ABBA，A与B畤长的数值比由算法计算得出；本发明能在满足Type‑I(e+e→o)型准相位匹配的条件下，在温度梯度为10°C、初始温度为60°C的互补占空比的准周期结构器件中，实现三个波段的宽带倍频输出；同时分析了温度梯度与带宽、转换效率的关系，可以通过调节温度梯度实现对输出带宽的调节。此研究实现了常用光通信波段的倍频转换全覆盖，对全光通信的发展有着重要意义。