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
光子学报
2023, 52(11): 1126002
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
1 深圳大学物理与光电工程学院光电子器件与系统教育部/广东省重点实验室,广东 深圳 518060
2 中国科学技术大学精密机械与精密仪器系,安徽 合肥 230026
3 深圳大学广东省光纤传感技术粤港联合研究中心深圳市物联网光子器件与传感系统重点实验室,广东 深圳 518060
4 国防科技大学电子对抗学院脉冲功率激光技术国家重点实验室,安徽 合肥 230601
5 先进激光技术安徽省实验室,安徽 合肥 230601
非线性光子晶体能够实现高效的非线性光学过程,其制备手段吸引了该领域研究者的高度关注。飞秒激光加工技术具有极高的精度、分辨率和灵活性,相比传统的非线性结构制备工艺具有独特的优势。总结归纳了利用飞秒激光加工技术构建非线性光子晶体的研究进展,并对涉及的准相位匹配原理进行了简要介绍。讨论了飞秒激光反转铁电畴和擦除非线性系数的加工机理,论述了这两种方式在多种维度非线性光子晶体加工方面的实验成果和应用。最后分析了目前飞秒激光加工非线性光子晶体所遇到的挑战,并展望了未来的发展前景。
激光光学 飞秒激光 微纳加工 非线性光子晶体 准相位匹配 非线性光束整形
陈家颖 1,2,3,*张新彬 1,2陈怀熹 1,2,3冯新凯 1,2,3[ ... ]梁万国 1,2,3
1 中国科学院福建物质结构研究所, 福州 350002
2 中国福建光电信息科学与技术创新实验室(闽都创新实验室), 福州 350108
3 中国科学院大学, 北京 100049
4 福州大学化学学院, 福州 350108
5 福建师范大学化学与材料学院, 福州 350117
本文设计了一种梯形的周期极化掺镁铌酸锂(PPMgLN)波导, 并通过在传播方向上引入温度梯度来拓宽其倍频(SHG)过程的泵浦光源可接收带宽。通过有限差分的光束传输法, 计算波导的有效折射率, 并进行波导尺寸的设计。结果表明, 通过改变梯形波导不同位置的温度, 使其形成一个温度梯度, 可拓宽泵浦光源的波长可接收带宽。本文所设计的PPMgLN波导最大泵浦光源可接收带宽为C波段, 即1 530~1 565 nm, 该波导可倍频C波段, 得到输出波段带宽为765~782.5 nm, 温度调谐范围为30~150 ℃。
周期极化铌酸锂 波导 准相位匹配 倍频 温度梯度 带宽扩展 C波段 periodically polarized lithium niobate waveguide quasi phase matching frequency doubling temperature gradient bandwidth extension C-band
南京大学固体微结构物理国家重点实验室, 南京 210093
光学超晶格是一种基于准相位匹配技术的非线性光学材料。通过铁电畴工程研制出不同微结构的光学超晶格, 可以实现高效灵活的非线性频率转换, 并对光场进行多维调控。光学超晶格的基质材料, 经历了从体块到薄膜的发展, 伴随着两种材料体系超晶格制备技术的突破, 催生了激光变频技术、非线性光场调控和多功能集成光量子芯片等重要应用。
光学超晶格 体块材料 铌酸锂薄膜 准相位匹配 激光技术 光场调控 集成光子学 optical superlattice bulk material LiNbO3 thin film quasi phase matching laser technique light field manipulation integrated photonics 人工晶体学报
2022, 51(9-10): 1527
1 山西大学光电研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室,山西 太原 030006
2 山西大学极端光学协同创新中心,山西 太原 030006
报道了一台基于掺氧化镁周期极化铌酸锂(MgO∶PPLN)晶体的1560 nm激光外腔谐振倍频器。理论分析了MgO∶PPLN晶体的极化周期容差、吸收损耗以及热透镜效应导致的倍频腔模式匹配效率变化对外腔谐振倍频效率的影响,实验搭建了由国产的MgO∶PPLN晶体和反射腔镜构成的外腔谐振倍频腔,实验研究了不同长度的MgO∶PPLN晶体对外腔谐振倍频效率的影响,并设计出小型化外腔谐振倍频器。利用长度为10 mm的MgO∶PPLN倍频晶体,控制MgO∶PPLN晶体的温度为53.45 ℃,注入功率为1.7 W的1560 nm基频光,此时最佳谐振倍频效率达84.1%,倍频激光在3 h内的输出功率稳定性优于±0.17%。所研制的小型化稳定输出780 nm激光的外腔谐振倍频器可用于1560 nm非经典光场的制备和基于铷原子的量子存储研究。
激光器 外腔谐振倍频 准相位匹配晶体 高效率 小型化 中国激光
2022, 49(17): 1701001
1 中国传媒大学数据科学与智能媒体学院,北京 100024
2 中国传媒大学信息与通信工程学院,北京 100024
准相位匹配技术是一种弥补相位失配的有效办法,在激光谐波产生和非线性光参量放大等方面备受关注。现有的准周期超晶格结构存在结构单一性问题,运用豪斯多夫维数计算方法,设计并制备出二维希尔伯特分形结构,将其应用到光学超晶格中。通过希尔伯特分形结构的衍射图与周期性结构的衍射图的对比,验证了希尔伯特分形结构可以提供丰富的倒易矢量,由此可产生波长为543, 632, 696, 900 nm的二次谐波,为超短脉冲激光等技术的发展提供了更多的选择。
非线性光学 倒易矢量 希尔伯特分形 准相位匹配 光学超晶格
中国科学技术大学, 中国科学院量子信息重点实验室, 安徽 合肥 230026
轨道角动量 (OAM) 是光的一个重要的自由度。由于携带 OAM 的光束具有特殊的强度相位分布以及力学效应, 使得此类光束在高速光通信、测量、成像、光镊和量子信息中具有广泛的应用。关于 OAM 光束在准相位匹配晶体 (QPM) 中的频率变换研究,一方面可以研究 OAM 光束参与非线性相互作用时与高斯光束不同的物理机制; 另一方面, 非线性过程提供了多种有效的光场调控手段, 可以实现携带 OAM 光场不同自由度的精细调控, 为满足不同的光学应用奠定基础。综述了近十年来 OAM 光束在 QPM 晶体中的非线性转换研究主要进展, 具体包括: 非线性过程中 OAM 光束的守恒、传输、演化和干涉行为研究, 高效率的 OAM 激光和单光子态频率转换研究, OAM 频率转换效率模式非依赖性研究, 矢量光束的频率转换研究, 以及无后向选择的高维 OAM 纠缠态的制备研究。最后讨论和展望了 OAM 在 QPM 晶体中频率转换方面的未来研究趋势。
量子光学 轨道角动量 准相位匹配 非线性频率转换 矢量涡旋光束 quantum optics orbital angular momentum quasi-phase matching nonlinear frequency conversion vector vortex beam