專利名稱：實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)位相匹配及相關(guān)非線性光學(xué)過(guò)程非周期光學(xué)超晶格設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能普遍實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)位相匹配及相關(guān)非線性光學(xué)過(guò)程非周期光學(xué)超晶格為設(shè)計(jì)方法。
近幾年來(lái)，本實(shí)驗(yàn)提出了一類非周期光學(xué)超晶格的設(shè)計(jì)方案，它是在周期光學(xué)超晶格和準(zhǔn)周期光學(xué)超晶格的基礎(chǔ)上提出的一類全新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，它較之前兩類光學(xué)超晶格具有更多的靈活性，在實(shí)際中具有更廣泛的應(yīng)用范圍。準(zhǔn)位相匹配的關(guān)鍵是利用超晶格所提供的倒格矢去補(bǔ)償頻率轉(zhuǎn)換中的位相失配，而我們給出的非周期光學(xué)超晶格設(shè)計(jì)方案就是完全從各種頻率變換過(guò)程的實(shí)際需要出發(fā)，給出相應(yīng)的非周期結(jié)構(gòu)，用此設(shè)計(jì)方案，我們可以設(shè)計(jì)出針對(duì)不同材料、不同入射波長(zhǎng)、不同的準(zhǔn)位相匹配過(guò)程的非周期光學(xué)超晶格結(jié)構(gòu)。
根據(jù)最初Blombergen提出的原理，對(duì)于任何單一準(zhǔn)位相匹配過(guò)程來(lái)說(shuō)，如果波矢失配Δk，我們都可以用周期是 的周期光學(xué)超晶格來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種極化方向周期調(diào)制的多疇結(jié)構(gòu)可以用一個(gè)簡(jiǎn)單的函數(shù)表示出來(lái)，F(xiàn)Λ(x)=1-2floor(2xΛ)+4floor(xΛ)]]>其中函數(shù)floor(x)表示不大于x的最大整數(shù)，這個(gè)函數(shù)的值域只能是+1或-1，分別代表疇的正負(fù)極化方向。從這個(gè)周期函數(shù)出發(fā)，我們可以得到實(shí)現(xiàn)單個(gè)參量過(guò)程的非周期函數(shù)H(x)=FΛ(floor(xd)+ceil(xd)2·d)]]>其中函數(shù)ceil(x)表示不小于x的最小整數(shù)，d是非周期超晶格的最小疇寬，可以任意選定，一般取做2-5μm，其他疇的大小都是d的整數(shù)倍。
對(duì)于耦合參量過(guò)程，如三倍頻，其對(duì)應(yīng)的非周期函數(shù)要復(fù)雜一些，為H3(x)=H2(x)+(floor(floor(xd)·γ)-floor(ceil(xd)·γ))·(H2(x)-H1(x))]]>其中H1(x)=fΛ1(floor(xd)+ceil(xd)2·d)]]>為與倍頻過(guò)程所對(duì)應(yīng)的非周期函數(shù)；H2(x)=fΛ2(floor(xd)+ceil(xd)2·d)]]>為與和頻過(guò)程對(duì)應(yīng)的非周期函數(shù)FΛi(x)=1-2floor(2xΛi)+4floor(xΛi)(i=1,2)]]>γ(0＜γ＜1)是一個(gè)結(jié)構(gòu)參量。用于耦合參量過(guò)程的光學(xué)超晶格結(jié)構(gòu)可以通過(guò)d和γ的調(diào)整來(lái)優(yōu)化。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)位相匹配及相關(guān)非線性光學(xué)過(guò)程非周期光學(xué)超晶格設(shè)計(jì)方法，其特征是采用下述函數(shù)設(shè)計(jì)非周期光學(xué)超晶格對(duì)于三倍頻耦合參量過(guò)程，其對(duì)應(yīng)的非周期函數(shù)為H3(x)=H2(x)+(floor(floor(xd)·γ)-floor(ceil(xd)·γ))·(H2(x)-H1(x))]]>其中H1、H2分別對(duì)應(yīng)倍頻過(guò)程所對(duì)應(yīng)的非周期函數(shù)、和頻過(guò)程對(duì)應(yīng)的非周期函數(shù)H1(x)=fΛ1(floor(xd)+ceil(xd)2·d)]]>H2(x)=fΛ2(floor(xd)+ceil(xd)2·d)]]>為與γ(0＜γ＜1)是一個(gè)結(jié)構(gòu)參量；FΛ(x)=1-2floor(2xΛ)+4floor(xΛ)]]>其中函數(shù)floor(x)表示不大于x的最大整數(shù)，這個(gè)函數(shù)的值域只能是+1或-1，分別代表疇的正負(fù)極化方向；從這個(gè)周期函數(shù)出發(fā)，得到實(shí)現(xiàn)單個(gè)參量過(guò)程的非周期函數(shù)H(x)=FΛ(floor(xd)+ceil(xd)2·d)]]>其中函數(shù)ceil(x)表示不小于x的最小整數(shù)，d是非周期超晶格的最小疇寬，可以任意選定，其他疇的大小都是d的整數(shù)倍；用于耦合參量過(guò)程的光學(xué)超晶格結(jié)構(gòu)可以通過(guò)d和γ的調(diào)整來(lái)優(yōu)化。
2.由權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)位相匹配及相關(guān)非線性光學(xué)過(guò)程非周期光學(xué)超晶格設(shè)計(jì)方法，其特征是用非周期超晶格實(shí)現(xiàn)在1.064微米泵浦光處產(chǎn)生0.460微米蘭光、0.532微米綠光和0.631微米紅光的三基色光輸出結(jié)構(gòu)函數(shù)是H(x)=Σi=1nHΛi(x)·δi(x)(i=1,2,3)]]>其中HΛi(x)=FΛi(floor(xd)+ceil(xd)2·d),δ1=δ(floor(xd)-n·floor(xn·d)+1-i),]]>Λ1=λ14(n2ω-nω),]]>λ1＝1.064μm，Λ2=1n2λ2-n3λ3-n4λ4,]]>λ2＝0.532μm，λ3＝0.63μm，λ4＝3.42μmΛ2=1n5λ5-n2λ2-n4λ4,]]>λ5＝0.43μm函數(shù)δ(x)當(dāng)x非零時(shí)取值+1，否則為零。
全文摘要
本發(fā)明給出的非周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制備的光學(xué)超晶格晶體及相關(guān)非線性光學(xué)和激光器件，如半導(dǎo)體激光器泵浦的全固態(tài)多波長(zhǎng)激光器等。采用函數(shù)設(shè)計(jì)非周期光學(xué)超晶格，通過(guò)這種非周期結(jié)構(gòu)，調(diào)制材料的二階非級(jí)性光學(xué)系數(shù)，實(shí)現(xiàn)單一或多個(gè)準(zhǔn)位相匹配過(guò)程的同時(shí)完成或可控的單一或多個(gè)準(zhǔn)位相失配的同時(shí)完成，實(shí)現(xiàn)有效的光的頻率轉(zhuǎn)換和其他相關(guān)的非線性光學(xué)過(guò)程。
文檔編號(hào)H01S3/00GK1402388SQ0213838
公開日2003年3月12日 申請(qǐng)日期2002年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月30日
發(fā)明者劉輝, 祝世寧, 朱永元, 閔乃本, 王慧田, 何京良 申請(qǐng)人:南京大學(xué)