准相位匹配原理及频率变换研究

【摘要】： 利用准相位匹配(QPM)技术在光学超晶格中实现特定的可实用化的激光频率变换，在目前是一个富有实际意义和挑战性的课题。由于准相位匹配可利用非线性光学晶体最大的二阶极化张量元，在晶体的整个通光范围内均可实现非临界相位匹配，在较长的晶体上可望实现较高的变频效率。同时，光学超晶格不改变晶体的光学性质，仅是对晶体的极化率进行周期调制，它扩大了现有晶体的应用范围。近年来，随着激光二极管(LD)技术的发展，小功率全固态激光器已经十分成熟，为准相位匹配提供了优质的泵源，因此，小功率全固态激光器的准相位匹配频率变换成为目前的一个研究热点。 准相位匹配技术由于具有上述诸多优点，其材料便于人工制备已逐渐成为非线性变频领域的一个热点，随着人们对准相位匹配理论研究的深入和光学超晶格制备技术的完善，准相位匹配技术将显示十分诱人的应用前景。在国内，南京大学微结构实验室在PPLT设计制备上处于国际领先地位，其设计结构已由周期向准周期和非周期方面发展，我们有幸与南京大学合作，首次在国内实现了非周期多波长皮秒倍频输出，实验结果与理论结果十分吻合。 本文从理论和实验上研究了利用准相位匹配技术的各种变频效应及光学超晶格的制备方法。 1、回顾了激光变频的历史，着重介绍了准相位匹配及其材料的研究现状及发展方向。 2、从波动方程出发，在小信号近似下，推导了QPM倍频公式，分析了波矢失配的起因及影响，从理论上推导了波长，周期，温度和入射角的接收带宽，讨论了占空比对输出效率的影响，对介质制备及实验有一定的指导意义。 3、介绍了几种介质制备的方法，着重对高压电场极化法进行了理论研究，讨论了脉冲电压，电流及自然极化强度P_s之间的制约关系，分析了影响成畴质量的几个物理 因素。 4、首次以邱－OPA为泵源，用南京大学微结构实验室制备的非周期结构的LITaO引 获 得了高效率多波长倍频输出，输出波段从可见到红外，实验结果与预期的理论结果 0 十分吻合。 5、介绍了QPM－0P0激光器发展现状，从三波耦合方程出发，分析了PPL＼－－－－PO的变频 特性，并对PPLN－－－－PO的实验中的串级效应进行了定性的分析。 6、通过分析Nd：IPVO。在不同掺杂浓度时，gi4nm谱线与1064urn谱线的输出强度的相 对变化，进厅了半导体激光器泵浦＊d：YV 0。，用LSO腔内倍频的全固态蓝光激 光器研究c