准相位匹配技术及其应用研究
【摘要】:
准相位匹配(QPM)技术是一种通过对光学晶体非线性极化率进行周期性调制来补偿由于折射率色散所造成的光波之间相位失配的技术,它以其独特的优点在诸多领域都有着重要的应用价值。本文利用理论和数值的分析方法,对基于QPM技术的周期极化铌酸锂(PPLN)晶体在光参量放大和光波长转换方面中的应用进行了研究。论文的主要内容和创新点如下:
一、阐述了QPM技术的基本原理和国内外研究发展现状;总结了形成周期反转结构的各种方案;介绍周期极化晶体的类型和特性;对基于周期极化晶体的光参量放大和光波长转换的原理和发展历程作了介绍。
二、理论和数值研究了宽带可调谐非共线光参量放大过程,首次提出了两种不同的非共线结构用以实现基于PPLN晶体的光学参量放大。针对超短脉冲光波,提出了最大极化周期的概念用以描述非共线相位匹配和群速度匹配同时满足时晶体的极化周期所能达到的最大值,并给出了用于计算不同温度下PPLN晶体的最大极化周期的数学公式,进而确定了宽带可调谐超短脉冲光参量放大过程应使用的最佳极化周期和最佳非共线结构。在上述基础上提出了一个用于最大化光参量放大过程的信号光调谐带宽、确定工作温度等最佳工作参数以及简化实验操作方法的优化方案,并证实了此方案可以被进一步扩展到其它周期极化晶体和使用不同泵浦光波长的情况中。针对纳秒脉冲光波,同样给出了在获得相对最大的信号光调谐带宽时应使用的最佳极化周期和最佳非共线结构。
三、利用泰勒级数展开法和直接计算法对参量带宽进行了分析,分析过程中综合考虑到了非共线结构和极化周期所带来的影响。与原有的单一结构光参量放大相比,通过改变非共线结构可以获得更大的参量带宽。对超短脉冲而言,使用合适的非共线结构对参量带宽的增强效果比调整极化周期更好;对于纳秒脉冲而言,合理的选择极化周期和非共线角更为重要。此外,还对泰勒级数展开法和直接计算法取得的结果进行了对比,指出了这两种分析方法各自的优越性。
四、深入研究了非共线光参量放大过程的增益带宽和参量增益。利用泰勒级数展开法得到了群速度匹配条件和相位匹配条件同时满足时增益带宽的解析表达式,并分析了非共线结构和极化周期对增益带宽的影响,同时讨论了增益带宽与参量带宽的差异。系统考虑晶体的极化周期、非共线结构、泵浦光强度和晶体长度对参量增益所带来的影响,给出了获取高增益的合理方案。
五、提出了不完全非共线光参量放大的概念,并阐明了其与完全非共线光参量放大的区别,同时给出了基于PPLN晶体的三种不完全非共线光参量放大形式,随后对实际中较常用的两种不完全非共线光参量放大的信号光调谐带宽和参量带宽进行了研究。在对参量带宽和信号光的调谐范围要求不是很高的情况下,采用其中的一种不完全非共线光参量放大形式可以简化实验操作,而另一种不完全非共线光参量放大形式在中红外波段有很好的结果。
六、研究了分段光栅结构对五种不同波长转换方案:直接差频效应、单通SHG+DFG、单通SFG+DFG、双通SHG+DFG和双通SFG+DFG的转换效率和转换带宽的影响,其中对后面四种的研究工作尚属首次,随后分别给出了每种方案相应的结构优化参数。在保证可以获得几乎相同的转换效率前提下,分段光栅结构的使用能够很好的扩展信号光的转换带宽,增强泵浦光的稳定性。综合考虑到晶体制备的复杂性、转换效率和转换带宽等因素,推荐实际的波长转换器中使用两段光栅结构的PPLN晶体。
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1 |
倪培根;程丙英;张道中;;反Opal及二维非线性光子晶体的研究(英文)[J];中国科学院研究生院学报;2006年02期 |
2 |
朱雪玉;张铁犁;张百钢;丁欣;王鹏;姚建铨;;基于周期极化铌酸锂的可调谐内腔光参量产生的实验研究[J];科学技术与工程;2007年07期 |
3 |
王翠玲;李德华;李健;;PPLT光参量振荡实际输出波长偏差分析[J];江西科学;2007年02期 |
4 |
彭跃峰;鲁燕华;谢刚;王卫民;;准相位匹配PPMgLN光参量振荡技术[J];强激光与粒子束;2007年03期 |
5 |
陈玉萍,陈险峰,曾祥龙,谢绳武,夏宇兴,陈英礼;一阶准相位匹配周期性极化铌酸锂倍频产生18mW绿光连续输出[J];光学学报;2002年04期 |
6 |
罗勇锋,陈云琳,袁建伟,张万林,郭娟,陈绍林,许京军,张光寅;准相位匹配级联二阶非线性全光波长转换研究[J];光学学报;2005年05期 |
7 |
纪峰;姚建铨;张百钢;张铁犁;赵璞;王鹏;;低阈值宽调谐的内腔调QNd∶YVO_4/PPLN光学参量产生[J];中国激光;2007年12期 |
8 |
谢刚;彭跃峰;王卫民;武德勇;;高功率中红外3.8μm激光器[J];强激光与粒子束;2009年07期 |
9 |
;非线性光学器件[J];中国光学与应用光学文摘;2001年01期 |
10 |
张宽收,李永民,陈艳丽,樊巧云,谢常德,彭堃墀;1.06μm抽运的低阈值三共振准相位匹配光学参量振荡器[J];中国激光;2002年02期 |
11 |
李玉善,于涛,近藤由纪子,多田邦雄;用于制作准相位匹配的LiTaO_3质子交换光波导层的晶格常数[J];高技术通讯;1994年08期 |
12 |
桑梅;于建;任铁雄;倪文俊;付伟佳;李世忱;胡永岚;师瑞泽;;准相位匹配PPKTP极化反转的监测[J];天津大学学报;2006年S1期 |
13 |
于文兵;吕品;;级联光参量产生器的泵浦带宽与调谐特性研究[J];武汉理工大学学报;2008年05期 |
14 |
任爱红;刘正颖;张蓉竹;刘静伦;孙年春;;准相位匹配倍频系统的带宽性质研究[J];物理学报;2010年10期 |
15 |
张勇;祝世宁;;准相位匹配非线性切连科夫倍频与和频效应[J];物理;2011年05期 |
16 |
倪培根,马博琴,程丙英,张道中;二维LiNbO_3非线性光子晶体[J];物理学报;2003年08期 |
17 |
周斌斌;陈云琳;袁建伟;陈绍林;颜彩繁;许京军;张光寅;;准相位匹配光参量振荡器理论研究与优化设计[J];红外与毫米波学报;2007年04期 |
18 |
于文兵;吕品;郭焱;;准相位匹配级联光参量产生器时域特性研究[J];武汉理工大学学报;2009年02期 |
19 |
梁晓燕,侯玮,汪家升,许祖彦,刘辉,祝世宁;周期极化LiTaO_3的准连续倍频[J];中国激光;2001年04期 |
20 |
李永民,吴迎瑞,张宽收,彭堃墀;利用连续准相位匹配光学参量振荡器实验强度差压缩态的实验研究[J];量子光学学报;2002年S1期 |
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