专利名称：偏振无关的准位相匹配倍频器及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种激光倍频装置，尤其涉及一种偏振无关的准位相匹配倍频器及其制作方法。
背景技术：
自从激光诞生以来，激光的非线性频率转换技术一直就是人们研究的热点，基于周期极化非线性晶体的准相位匹配技术是拓宽激光可调谐波长的最常用、最有效的方法之一。常用的周期性极化非线性晶体有LiNbO3(PPLN)、LiTa03(PPLT)、及KTP(PPKTP)等。在频率转换技术中，倍频(SHG)技术应用最为广泛，也是研究的热点。现有的准位相匹配倍频技术要求入射的基频光是某一偏振方向的线偏光，这是由于非线性光学晶体都是单轴或双轴晶体，因此偏振的本征模式是线偏振的，为了满足位相匹配关系，基频光的偏振方向需要与晶体的晶轴成一定的方向。根据入射基频光的偏振态，可分为EEE型和OOE型倍频。EEE型倍频是指参与倍频过程的基频光和倍频光都是在晶体里以非寻常光，即E光 (Extraordinary)，入射或传播的。OOE型倍频是指参与倍频过程的基频光以寻常光，即0光 (Ordinary)，倍频光以非寻常光，入射或传播的。由于EEE型和OOE型匹配方式对晶体的周期要求不同，所利用的非线性系数不同，因此得到的倍频光光强也不同。所以传统的准位相匹配倍频都是跟基频光的偏振态相关。然而在很多实际应用中需要偏振无关的倍频器，如在光纤激光器中，或者与光纤相关的系统中，基频光的偏振方是任意的，如果能够使倍频光的强度不随基频光偏振态的变化而变化，那这种偏振无关准位相匹配倍频器将在激光技术中发挥重要作用。经对现有技术文献的检索发现，1990年，G.A. Magel等人在《Applied Physics Letters))Τ"Quasi-phase-matched second harmonic generation of blue light in periodically poled LiNbO3(基于周期性极化铌酸锂晶体的准位相匹配二次谐波绿光的产生)” 一文，该文利用一块室温极化技术制作的周期性极化铌酸锂晶体，分别基于单通的EEE型和00E型准位相匹配倍频，需要外加波片将基频光的偏振态旋转90°，而且由于两种匹配方式利用的非线性系数的不同，得到的倍频光功率也不同。至今，准位相匹配倍频仍然存在对基频光偏振态依赖的弊端。因此，本领域的技术人员致力于开发一种不依赖基频光偏振态的准位相匹配倍频
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发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种偏振无关的准位相匹配倍频器。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明选用铌酸锂晶体材料，首先根据计算得到室温下所需要的周期；再对晶片进行室温电场极化，在该晶片+Z面上负畴区域改变电畴极化方向；将得到的两块晶体垂直摆放，即第一块晶体的C轴沿ζ方向，第二块晶体的c轴沿y方向；基频光从1064nm光纤激光器中出射，经过消偏器，再分别经过两块晶体，出射的倍频光强度通过功率计来测量，实现室温下，偏振无关的准位相倍频。本发明包括以下步骤(1)在室温下，计算满足位相匹配条件下所需要的极化周期Λ ；所述的计算满足为相匹配条件下所需要的极化周期Λ，是指
权利要求
1.一种偏振无关的准位相匹配倍频器，其特征在于，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x-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ζ方向，所述第二周期性极化铌酸锂晶体片的c轴沿y方向。
2.如权利要求1所述的准位相匹配倍频器的制作方法，其特征在于，包括如下步骤步骤一，选取两片大小为20X 10X 1mm，即厚度为Imm的Z向切割的铌酸锂晶体；步骤二，计算室温下满足位相匹配条件下所需要的极化周期Λ
3.如权利要求2所述的制作方法，其特征在于，步骤二中入射的基频光的波长为 1064nm, nFW 为 2. 156，nSH 为 2. 234，极化周期 A 为 6. 81 μ m。
4.如权利要求2所述的制作方法，其特征在于，所述改变电畴的极化方向，是指根据计算得到的正负电畴的排列顺序，用光刻方式在晶片的+Z面制作金属格栅，所述金属格栅与高压电源的一极相连，其中每个格栅的宽度为电畴宽度；所述高压电源的另一极与一块接地的、表面抛光的金属板相连，所述金属板直接与所述晶片的-Z面接触；由高压电源产生高压脉冲施加于+Z面的所述金属格栅与-Z面的所述金属板之间，在有电极的畴区域，利用高压电场克服晶体内部的矫顽场使该畴区域的电畴的自发极化方向反转；在无电极的畴区域，电畴的极化方向仍保持原来的方向，其中，+Z面与水平面平行并面向ζ轴正方向。
全文摘要
本发明公开了一种偏振无关的准位相匹配倍频器的实现方案。根据室温下的位相匹配条件计算出周期；根据此周期，选择两块相同的晶体进行室温极化；泵浦基频光源选择出射光为随机偏振的光纤激光器；光路中，第一块晶体的c轴沿z方向，第二块晶体的c轴沿y向，在第一块晶体前放置消偏器；通光后用功率计测量倍频光的光强，即可实现偏振无关的准位相匹配倍频器。本发明简单可行，能克服倍频过程对基频光偏振方向依赖的弊端，同时可以适用于和频、差频、参量振荡、级联等其他非线性过程。
文档编号H01S3/109GK102338966SQ20111026703
公开日2012年2月1日 申请日期2011年9月9日 优先权日2011年9月9日
发明者王杰, 石剑虹, 袁亮, 郑远林, 陈险峰 申请人:上海交通大学