[发明专利]宽波带光源装置

说明书

本申请是申请日为2008年7月31日、申请号为200880101300.1、发明名称为“铁电极板晶畴反转的方法及其应用”的申请的分案申请，其全部内容引用于此以供参考。

技术领域

本发明涉及在铁电极板上制作晶畴反转结构的方法在以准相位匹配(QPM)技术为基础生成宽波带光源的领域内的应用。

背景技术

开发以准相位匹配(QPM)为基础的非线性光学设备，如：波长转换器，对铁电物质反转晶畴的精密控制是非常必要的。波长转换器的一个实例公开于文献“J.A.ARMSTRONG et al.，Physical Review，vol.l27，No.6，Sep.15，1962，pp.1918-1939(J.A.Armstrong等人，物理评论，第127卷，第6期，1962年9月15日，第1918-1939页)”在该文献中，波长转换装置采用了一种波长转换元件，将其置于在沿着光栅的方向上形成的周期性晶畴反转光栅中，以满足准相位匹配(QPM)的条件。通过向波长转换元件输入角频率为ω的基本光，实现波长转换，以获取角频率为2ω的转换光，即产生二次谐波(SHG)。该晶畴反转光栅的周期Λ取决于准相位匹配(QPM)的条件(即2ω(n_2ω-n_ω)＝2πc/Λ，其中n_2ω和n_ω分别是2ω和ω的折射率，c是光在真空中的速度)。相反，如果一种角频率为2ω的泵浦光投射到同一装置上，角频率分别为ω_s和coi的信号光和闲置光通过自发参量下转换(SPDC)过程产生(其中2ω＝ω_s+ω)。在自发参量下转换(SPDC)过程中，必须满足相似的准相位匹配(QPM)条件，即2ωn2ω-ω.sns-ωi ni＝2πc/Λ，其中n2ω、ns和ni分别是2ω、ωs和ωi的折射率，c为光在真空中的速度。由于大量的ωs与ωi对数能满足某一固定周期的准相位匹配(QPM)条件，产生的自发参量下转换(SPDC)光通常在角频率ω周围具有很宽的频带宽度。

为实现高效的波长转换，高均匀周期性晶畴反转结构必需穿出晶体的厚度。为取得具有高效率及大输出功率的波长转换器，具有不完全掺杂的高光学性质的极板，无论是哪一种，都必须在极化掺杂质的极板上花很多心思。

一种基于电晕放电方法，在掺杂铁电材料(掺氧化镁铌酸锂的极板)中形成周期性晶畴反转结构的技术公开于文献“C.Q.Xu，et al.，USprovisional Patent NO.60/847122；(C.Q.Xu等人，美国临时专利号60/847122)；Akinori Harada，U.S.Patent No.5,594,746(Akinori Harada，美国临时专利号5,594,746)；Akinori Harada，U.S.Patent No.5,568,308(Akinori Harada，美国临时专利号5,568,308)；A.Harada，et al.，Applied Physics Letters，vol.69，no.18，1996，pp.2629-2631(A.Harada等人，应用物理快报，第69卷，第18期，1996年，第2629-2631页)”，(如图1所示)。在这些文献中，电晕线或接触线3被安置在掺氧化镁铌酸锂单晶极板1的-c面上方，同时将周期性电极光栅2安置在极板的+c面上。电极由金属制成并接地。只要高压电源5向电晕线输入了高电压，就会发生电晕放电，使极板-c面上产生负电荷。由于-c面上存在电荷，造成了电压电势差，从而产生横穿极板的强电场。若产生的电场大于晶体的内部电场(即矫顽电场)，在电极之下的晶畴就可被反转，这是因为所产生电场的方向与晶体内部电场是相反的。由于矫顽电场会随着温度的上升而减小，可采用温度调节器6来减小畴反转所需的电场。

众所周知，电晕放电法能够克服不均匀掺杂的问题，这是由于，因电晕放电而沉积在表面上的电荷的迁移速度非常缓慢。因此，晶体的极化会在局部矫顽电场所及的范围内发生。尽管均匀的晶畴反转可借助电晕放电方法实现，但反转后的晶畴形状不佳。换言之，反转后的晶畴通常不会沿着极板的厚度方向垂直穿过晶体，如果使用块状晶体来开发晶畴反转晶体，就会出现问题。