宽谱带、多波长的准相位匹配晶体结构设计

作     者：刘亚丽 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：任坤

授予年度：2016年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0703[理学-化学] 0702[理学-物理学] 

主      题：宽谱带 多波长频率变换 准相位匹配 非线性光子晶体 非周期光学超晶格 

摘      要：随着现在信息技术的不断发展和社会的需要,激光技术变得越来越重要。尤其是在高速信息时代,光学器件占据更加核心的地位。这对激光器的光源提出了更高的要求,不仅需要高强度的激光输出,还需要光源的光谱范围能够尽可能扩展。非线性光学频率变换技术对于拓宽激光光源十分重要,经过频率变换可以获得各种波长,应用于不同的领域。频率变换中的一种重要技术就是准相位匹配。近些年,用于制备准相位匹配晶体的外加电场极化技术已经十分成熟,这使得准相位匹配的发展也更加灵活和多样化。基于准相位匹配来设计频率转换的晶体结构,成为科研人员关注的研究领域。从最初输出单波长频率转换的周期性结构,到后来的周期序列结构,再到啁啾结构、准周期结构、非周期结构,结构越来越复杂;维度上也从一维发展到二维,甚至是三维结构,参与的非线性过程越来越多,输出的光谱也越来越越丰富。为了获得满足需求的准相位匹配结构,更好地指导实验制备,本文利用数值模拟对同时的多波长频率变换和宽谱带频率变换进行了深入的分析研究。研究了准相位匹配晶体的和频、倍频等非线性光学效应,提出了两种结构设计的方法,并对相关影响因素进行了深入地分析。内容包括:首先,介绍了到目前为止的几种主要的准相位匹配晶体设计方法。其次,根据宽谱带准相位匹配频率变换的相关理论,提出在周期结构中引入无序的方法。研究了无序层的中心长度和随机度对于光谱展宽程度的定量影响,以及晶体的总长度对于转换效率和带宽的影响。在此基础之上,选取合理的结构参数,获得了高效率宽谱带的二次谐波输出。这对于研究倍频和制备宽谱带的准相位匹配器件有重要的指导意义。再者,从光强变化的角度出发,提出了一种实现多个波长频率变换的非周期结构设计方法。通过对设计的晶体结构进行Matlab仿真,同时实现了六个和频过程,通过引入权重因子,还可以对六个过程的相对输出强度进行调节。