[发明专利]基于周期性极化铌酸锂的倍频的增强方法

说明书

技术领域

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

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，0型倍频和I型倍频。0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；I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。0型倍频使用的非线性系数为d₃₁，倍频效率高但是带宽窄；I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。

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 in MgO-doped periodically poled LiNbO3”（《基于周期性极化铌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。

2010年Kun Liu等人在《Applied Physics Letters》（97，2010）上发表了“Active control 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。

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0型倍频，因为0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。