1 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室,上海 201800
2 中国科学院大学材料科学与光电工程中心,北京 100049
3 张江实验室,上海 201210
利用百太瓦级激光系统在氖气(Ne)中得到基于高次谐波产生的极紫外脉冲。通过松聚焦结构在13 nm波段产生单级次单脉冲能量为13.5 nJ(13.1 nm波长)和11.1 nJ(13.5 nm波长)的高次谐波辐射,转换效率为和,谐波发散角的半高全宽为0.32 mrad和0.33 mrad。对含时薛定谔方程进行数值求解,得到单原子偶极发射谱,结合麦克斯韦方程组模拟传播效应,同时考虑气体对谐波的吸收效应,理论模拟得到的信号强度随气压和光强的变化趋势与实验结果基本符合。实现相位匹配的谐波光束质量很好,纵向空间分布为高斯型。结合相位匹配条件和空间分布的分析得到了目前激光参数下的最优相位匹配条件。这种基于高次谐波机制的高能量相干极紫外光源在作为自由电子激光的种子光源以及超快非线性实验和半导体工业检测等方面具有广阔的应用前景。
极紫外 高次谐波 相位匹配 空间分布
1 山西大学物理电子工程学院 山西 太原 030006
2 量子光学与光量子器件国家重点实验室 山西大学光电研究所 山西 太原 030006
二阶非线性光学参量过程的上转换和下转换过程是扩展激光波长范围的一种手段, 其中上转换过程中的倍频与和频可以有效产生短波长激光。本文提出利用1 438.9 nm的基频光场注入内置一块单周期结构的极化铌酸锂晶体(PPLN)的双端光学腔, 在极化晶体的同一周期内, 产生719.45 nm的二倍频光场和479.63 nm的三倍频光场, 得到的两束光场分别从双端倍频腔两端输出。研究设计了晶体的周期结构, 使得二倍频和三倍频的两个非线性光学过程在PPLN晶体的同一极化周期内同时性满足准相位匹配条件, 实现二倍频和三倍频光场同时产生。并计算分析晶体极化周期, 基频光波长和温度三个参数之间的关系, 得到的结论可为单激光在单周期结构极化晶体中产生双波长激光提供理论参考价值。
非线性光学 周期极化晶体 准相位匹配 倍频 和频 nonlinear optics periodic polarized crystal quasi-phase matching double frequency sum frequency 量子光学学报
2023, 29(3): 030701
南京邮电大学 电子与光学工程学院、柔性电子(未来技术)学院,南京210023
为了在波导中轻松实现相互作用波之间的相位匹配,产生有效的二次谐波,设计了一种新型条形波导--二氧化硅-铌酸锂-二氧化硅(SiO2-LiNbO3-SiO2),该条形波导由SiO2和无蚀刻z切割的LiNbO3组成,通过调整波导结构分析了波导的色散,研究了不同尺寸的SiO2对基波与二次谐波相位匹配点的影响,分析了该条形波导倍频的可行性,并利用脉冲的振幅和宽度对频谱展宽的特性,实现超宽带连续谱。仿真结果表明:在覆盖层SiO2宽度为1 600 nm、高度为400 nm的条形波导结构中,使用脉冲振幅为107 a.u.,脉冲宽度为10 fs的超短脉冲,得到了一个带宽为1 302.5 nm的超宽带连续谱。
铌酸锂 相位匹配 二次谐波产生 超连续谱 光通信 lithium niobate, phase matching, second harmonic g
光子学报
2023, 52(11): 1126002
光子学报
2023, 52(11): 1114001
1 南瑞集团有限公司/国网电力科学研究院有限公司, 江苏 南京 210000
2 南京南瑞国盾量子技术有限公司, 江苏 南京 210000
3 国家电网有限公司信息通信分公司, 北京 100000
4 国网山东省电力公司电力科学研究院, 山东 济南 250000
5 南京邮电大学, 江苏 南京 210003
量子密钥分发 (QKD) 在信道中容易丢失信息载体, 因此有限的通信距离和密钥生成速率是其应用的主要瓶颈。一般而言, 密钥速率受信道传输速率的限制, 而相位匹配量子密钥分发 (PM-QKD) 协议的提出克服了线性密钥速率的约束, 即安全密钥速率与传输速率的平方根成正比。虽然PM-QKD协议可以保证探测器的安全性, 但光源方面仍存在一些缺陷。在PM-QKD协议中, 一般假设光源为理想相干态, 而这与实际的QKD系统不完全相符, 从而造成一些安全问题。本研究讨论了光子数分布未知条件下的PM-QKD协议, 证明了光子数分布未知条件下的安全性分析仍然是合理的, 也表明基于光源检测的PM-QKD协议产生的密钥率与理想光源下的密钥率基本一致。
量子信息 量子密钥分发 相位匹配 光源监测 光源涨落 光子数分布 quantum information quantum key distribution phase-matching light source monitoring source fluctuation photon number distribution
1 中国科学院福建物质结构研究所,福建 福州 350002
2 中国科学院大学,北京 100049
对硅基周期极化铌酸锂(PPLN)薄膜脊形波导进行了理论分析,并使用有限元软件模拟了25 ℃下泵浦波长为1560 nm的PPLN脊形波导的准相位匹配(QPM)周期与波导脊高和脊宽的关系。仿真结果表明,在相同脊宽(10 μm)或脊高(10 μm)下,PPLN脊形波导的QPM周期随着脊高或脊宽的增加而增大,最后趋于常数(即块状PPLN的QPM周期)。进一步模拟了在脊高和脊宽维持不变的情况下,PPLN脊形波导的QPM周期与温度之间的关系。结果表明,随着温度的增加,PPLN脊形波导的QPM周期逐渐减小,并且温度每升高1 ℃,QPM周期减小约3 nm。根据仿真结果制作了硅基片上集成PPLN脊形波导器件,将其封装成小体积的光纤入光纤出的波导,并测试了性能。当温度为24.8 ℃、1560 nm基频光输入功率为1.2 W时,最大输出653 mW的倍频光,光光转换效率达54.4%,归一化转换效率为20.2 %?W-1?cm-2。
非线性光学 周期极化铌酸锂 薄膜 准相位匹配 脊形波导 中国激光
2023, 50(22): 2208001
红外与激光工程
2023, 52(9): 20220814
浙江理工大学精密测量技术实验室,浙江 杭州 310018
针对Pound-Drever-Hall(PDH)技术存在的线性动态范围窄、抗干扰能力弱的问题,提出一种基于双调制深度+双误差信号的PDH稳频方法。首先采用数字正交解调技术精确提取干涉信号相位以实现本振信号相位和干涉信号相位的自动匹配;然后利用透射功率信号和传统误差信号构建一个新误差信号,以扩大PDH稳频系统的线性动态范围;接着,采用大调制深度对应的新误差信号实现快速捕获和预锁定;最后,采用小调制深度对应的误差信号实现精确锁定。锁定后,可根据幅值变化自动切换调制深度和误差信号,实现大线性动态范围和高灵敏度的PDH稳频。研制了基于现场可编辑逻辑门阵列(FPGA)的稳频控制系统,对法布里-珀罗腔进行了锁定测试。实验结果表明,双调制深度+双误差信号的自适应锁定机制可极大地提高锁定系统的抗干扰能力,且锁定精度高,3小时腔长相对稳定度达5.72×10-9,所提方法可以广泛应用于激光频率/谐振腔锁定等领域。
Pound-Drever-Hall稳频 线性动态范围 法布里-珀罗腔 相位匹配 数字正交解调 光学学报
2023, 43(19): 1907001