基于周期性極化鈮酸鋰的倍頻的增強方法
【專利摘要】一種光信息處理【技術(shù)領域】的基于周期性極化鈮酸鋰的倍頻的增強方法，首先對鈮酸鋰晶體進行室溫電場極化，在晶體的+Z面上負疇區(qū)域改變電疇極化方向，在晶體的Y向兩側(cè)進行真空鍍膜濺射電極；然后對晶體進行尋常光照射的同時用高壓源給鈮酸鋰晶體的Y向兩側(cè)加電壓，通過產(chǎn)生的慢光效應實現(xiàn)尋常光倍頻的增強。本發(fā)明首創(chuàng)將準相位匹配的技術(shù)（QPM）和慢光效應所引起的有效光功率的增大結(jié)合起來。
【專利說明】基于周期性極化鈮酸鋰的倍頻的增強方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種光信息處理【技術(shù)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(shù)】
[0002]自激光技術(shù)誕生以來，非線性頻率轉(zhuǎn)換技術(shù)和慢光技術(shù)一直是研究的熱點?；谥芷跇O化非線性晶體的準相位匹配技術(shù)(QPM)是拓寬激光可調(diào)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(shù)即人為的在非線性晶體中制備周期性極化反轉(zhuǎn)光柵，對晶體的非線性系數(shù)進行周期性調(diào)制，從而滿足相位匹配的條件。在頻率轉(zhuǎn)換技術(shù)中，倍頻(SHG)技術(shù)應用最為廣泛。LiNbO3晶體為負單軸晶體，有兩種倍頻方式，O型倍頻和I型倍頻。O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；1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。O型倍頻使用的非線性系數(shù)為d31，倍頻效率高但是帶寬窄；1型倍頻使用的非線性系數(shù)為d33，倍頻帶寬寬，但是效率低。兩種倍頻產(chǎn)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(xiàn)時間延遲、增加相移以及增強非線性效應等。
[0003]經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn),2007年F.LU等人在《Electronics Letters)) (43,2007)上“Broadcast wavelength conversion based on cascaded? (2)nonlinearity inMgO-doped periodically poled LiNb03”(《基于周期性極化銀酸鋰晶體的二階非線性系數(shù)多波長轉(zhuǎn)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(shù)(QPM)，但是同時，由于倍頻非線性系數(shù)不大，需要很高的泵浦光功率才可以得到可觀的轉(zhuǎn)換效率。
[0004]2010 年 Kun Liu 等人在《Applied Physics Letters》(97, 2010)上發(fā)表了“Activecontrol of group velocity by use of folded dielectric axes structures，，(〈〈利用層疊介電軸結(jié)構(gòu)的群速度調(diào)控》)一文，該文介紹了利用在周期性疇反轉(zhuǎn)鈮酸鋰晶體PPLN內(nèi)，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(jīng)過每一個疇之后的出射光的偏振方向都發(fā)生改變。在經(jīng)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。
[0005]對比上述準相位匹配頻率轉(zhuǎn)換技術(shù)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(jié)構(gòu)，外加電壓構(gòu)造一維電光光子晶體，同時實現(xiàn)上述兩種基于準位相匹配的倍頻方式和群速度調(diào)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(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，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(shù)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(jīng)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(qū)域改變電疇極化方向；所述光路的方向為χ-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(shù)的缺陷在于其結(jié)構(gòu)復雜，必須通過兩塊PPLN晶片才能實現(xiàn)。并且只能達到O型倍頻，因為O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(diào)，難以滿足現(xiàn)有工業(yè)需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)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(zhuǎn)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(chǎn)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(xiàn)O、E光和禁帶的波長位置，即可在寬帶倍頻內(nèi)調(diào)節(jié)倍頻增強的位置。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明首先對鈮酸鋰晶體進行室溫電場極化，在晶體的+Z面上負疇區(qū)域改變電疇極化方向，在晶體的Y向兩側(cè)進行真空鍍膜濺射電極；然后對晶體進行尋常光照射的同時用高壓源給鈮酸鋰晶體的Y向兩側(cè)加電壓，通過產(chǎn)生的慢光效應實現(xiàn)尋常光倍頻的增強。
所述的電場極化所采用的周期通過以下方式得到:








O確定同時滿足準相位匹配條所需要的極化周期Λ，即滿足:
【權(quán)利要求】
1.一種基于周期性極化鈮酸鋰的倍頻的增強方法，其特征在于，首先對鈮酸鋰晶體進行室溫電場極化，在晶體的+Z面上負疇區(qū)域改變電疇極化方向，在晶體的Y向兩側(cè)進行真空鍍膜濺射電極；然后對晶體進行尋常光照射的同時用高壓源給鈮酸鋰晶體的Y向兩側(cè)加電壓，通過產(chǎn)生的慢光效應實現(xiàn)倍頻的增強。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述的電場極化所采用的周期通過以下方式得到: 1)確定同時滿足準相位匹配條所需要的極化周期Λ,即滿足:
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是，所述的室溫電場極化是指:采用室溫極化技術(shù)，根據(jù)得到的周期實現(xiàn)周期性反轉(zhuǎn)，得到周期性極化鈮酸鋰晶體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述的真空鍍膜濺射電極是指:采用真空鍍膜機采用濺射的方法在周期性極化鈮酸鋰晶體的Y向兩側(cè)鍍上電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述的尋常光照射是指:通過精確控制環(huán)境溫度，采用連續(xù)可調(diào)的激光器中出射基頻光，經(jīng)過偏振分光棱鏡產(chǎn)生尋常光入射到晶體表面，在高壓源給鈮酸鋰晶體的Y向兩側(cè)加電壓的同時，對出射的倍頻光強度通過光功率計來測量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述的激光器的基頻光波長為1518-1627nm，通光方向為X方向。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述的倍頻的增強是指:采用輸出電壓不超過IOKV的高壓源在鈮酸鋰晶體的Y向加電壓，通過產(chǎn)生的慢光效應來增強O光倍頻，同時O光也會部分轉(zhuǎn)變?yōu)镋光，E光的倍頻效率遠大于O光，當忽略基頻光波到倍頻光波的轉(zhuǎn)換損耗，可導出倍頻增強的最大倍數(shù)為
【文檔編號】G02F1/37GK103605248SQ201310597494
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月22日
【發(fā)明者】陳玉萍, 李廣珍, 唐喻斌, 張晉平, 蔣淏葦, 陳險峰 申請人:上海交通大學