基于周期性极化铌酸锂的倍频的增强方法
【专利摘要】一种光信息处理【技术领域】的基于周期性极化铌酸锂的倍频的增强方法，首先对铌酸锂晶体进行室温电场极化，在晶体的+Z面上负畴区域改变电畴极化方向，在晶体的Y向两侧进行真空镀膜溅射电极；然后对晶体进行寻常光照射的同时用高压源给铌酸锂晶体的Y向两侧加电压，通过产生的慢光效应实现寻常光倍频的增强。本发明首创将准相位匹配的技术（QPM）和慢光效应所引起的有效光功率的增大结合起来。
【专利说明】基于周期性极化铌酸锂的倍频的增强方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种光信息处理【技术领域】的方法，具体涉及一种基于周期性极化铌酸锂的倍频的增强方法。
【背景技术】
[0002]自激光技术诞生以来，非线性频率转换技术和慢光技术一直是研究的热点。基于周期极化非线性晶体的准相位匹配技术(QPM)是拓宽激光可调谐波长最有效、最常用的办法之一。常用的周期极化非线性晶体有:LiNbO3 (PPLN)、LiTaO3及KTP等。准相位匹配技术即人为的在非线性晶体中制备周期性极化反转光栅，对晶体的非线性系数进行周期性调制，从而满足相位匹配的条件。在频率转换技术中，倍频(SHG)技术应用最为广泛。LiNbO3晶体为负单轴晶体，有两种倍频方式，O型倍频和I型倍频。O型倍频是指参与倍频过程的基频光和倍频光都是在晶体中以非寻常光(E光，Extraordinary Light)入射或传播的；1型倍频是指参与倍频过程的基频光以寻常光(O光，Ordinary Light)，倍频光以非寻常光入射或传播的。O型倍频使用的非线性系数为d31，倍频效率高但是带宽窄；1型倍频使用的非线性系数为d33，倍频带宽宽，但是效率低。两种倍频产生的都是非寻常光。慢光效应作为光子晶体一个很重要的特性，可以用于实现时间延迟、增加相移以及增强非线性效应等。
[0003]经对现有技术的检索发现,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”(《基于周期性极化银酸锂晶体的二阶非线性系数多波长转换器》)一文，其中采用了非线性的倍频过程。虽然采用了准位相匹配技术(QPM)，但是同时，由于倍频非线性系数不大，需要很高的泵浦光功率才可以得到可观的转换效率。
[0004]2010 年 Kun Liu 等人在《Applied Physics Letters》(97, 2010)上发表了“Activecontrol of group velocity by use of folded dielectric axes structures，，(〈〈利用层叠介电轴结构的群速度调控》)一文，该文介绍了利用在周期性畴反转铌酸锂晶体PPLN内，通过外加横向Y向电场使得晶体的正畴和负畴的光轴形成一个周期性摇摆，从而使得经过每一个畴之后的出射光的偏振方向都发生改变。在经历合适的N个畴之后，出射光的偏振方向与入射时垂直，从而形成禁带。文章中还表明，利用这个禁带，可以形成较慢的群速度。
[0005]对比上述准相位匹配频率转换技术及群速度控制方法参考文献，本专利提出制作一种周期性结构，外加电压构造一维电光光子晶体，同时实现上述两种基于准位相匹配的倍频方式和群速度调控形成的慢光效应，以达到增强二阶非线性效应的方法设计，解决O光倍频效率低和E光倍频带宽窄的问题。
经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN102338966A，
【公开日】2012-02-01，公开了一种偏振无关的准位相匹配倍频器，该技术包括在光路中依次摆放的消偏器和第一周期性极化铌酸锂晶体片和第二周期性极化铌酸锂晶体片；其中，所述第一周期性极化铌酸锂晶体片和所述第二周期性极化铌酸锂晶体片光学性能相同，分别为Z向切割的铌酸锂晶体经过室温电场极化制成，所述室温电场极化为在铌酸锂晶体片的+Z面上负畴区域改变电畴极化方向；所述光路的方向为χ-y-z坐标系中的X方向；所述第一周期性极化铌酸锂晶体片的c轴沿z方向，所述第二周期性极化铌酸锂晶体片的c轴沿y方向。但该技术的缺陷在于其结构复杂，必须通过两块PPLN晶片才能实现。并且只能达到O型倍频，因为O型倍频带宽较窄且泵浦波长固定，所以倍频光的波长不可调，难以满足现有工业需求。
【发明内容】
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于周期性极化铌酸锂的倍频的增强方法，基于两种倍频效应，加电压后O光会转为E光,E光的倍频效率远大于O光，同时O光、E光相互耦合可以产生慢光，可以进一步增强倍频。所以可以使O光的倍频效率得到大大的增强。进而通过改变周期性极化铌酸锂晶体的周期和温度，可以改变同时实现O、E光和禁带的波长位置，即可在宽带倍频内调节倍频增强的位置。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明首先对铌酸锂晶体进行室温电场极化，在晶体的+Z面上负畴区域改变电畴极化方向，在晶体的Y向两侧进行真空镀膜溅射电极；然后对晶体进行寻常光照射的同时用高压源给铌酸锂晶体的Y向两侧加电压，通过产生的慢光效应实现寻常光倍频的增强。
所述的电场极化所采用的周期通过以下方式得到:
O确定同时满足准相位匹配条所需要的极化周期Λ，即满足:
【权利要求】
1.一种基于周期性极化铌酸锂的倍频的增强方法，其特征在于，首先对铌酸锂晶体进行室温电场极化，在晶体的+Z面上负畴区域改变电畴极化方向，在晶体的Y向两侧进行真空镀膜溅射电极；然后对晶体进行寻常光照射的同时用高压源给铌酸锂晶体的Y向两侧加电压，通过产生的慢光效应实现倍频的增强。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的电场极化所采用的周期通过以下方式得到: 1)确定同时满足准相位匹配条所需要的极化周期Λ,即满足:
3.根据权利要求2所述的方法，其特征是，所述的室温电场极化是指:采用室温极化技术，根据得到的周期实现周期性反转，得到周期性极化铌酸锂晶体。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的真空镀膜溅射电极是指:采用真空镀膜机采用溅射的方法在周期性极化铌酸锂晶体的Y向两侧镀上电极。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的寻常光照射是指:通过精确控制环境温度，采用连续可调的激光器中出射基频光，经过偏振分光棱镜产生寻常光入射到晶体表面，在高压源给铌酸锂晶体的Y向两侧加电压的同时，对出射的倍频光强度通过光功率计来测量。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的激光器的基频光波长为1518-1627nm，通光方向为X方向。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的倍频的增强是指:采用输出电压不超过IOKV的高压源在铌酸锂晶体的Y向加电压，通过产生的慢光效应来增强O光倍频，同时O光也会部分转变为E光，E光的倍频效率远大于O光，当忽略基频光波到倍频光波的转换损耗，可导出倍频增强的最大倍数为
【文档编号】G02F1/37GK103605248SQ201310597494
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月22日 优先权日:2013年11月22日
【发明者】陈玉萍, 李广珍, 唐喻斌, 张晋平, 蒋淏苇, 陈险峰 申请人:上海交通大学