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基于光学超晶格的四波长近-中红外光参量振荡器

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中国激光 2015年第5期42卷 20-25页

作者：赵刚蒋旭东吕新杰秦亦强南京大学现代工程与应用科学学院江苏南京210093

利用波长为1064 nm的光纤激光器作为抽运光源,采用具有双通道(极化周期分别为30μm和30.5μm)的化学计量比钽酸锂超晶格(PPSLT)晶体作为非线性工作介质,在PPSLT晶体温度为190oC时,获得了1568.4、1625.9、3078.8、3231.1 nm四波长近-中... 详细信息

利用波长为1064 nm的光纤激光器作为抽运光源,采用具有双通道(极化周期分别为30μm和30.5μm)的化学计量比钽酸锂超晶格(PPSLT)晶体作为非线性工作介质,在PPSLT晶体温度为190oC时,获得了1568.4、1625.9、3078.8、3231.1 nm四波长近-中红外激光同时输出。在抽运功率为37 W,重复频率为50 k Hz时,获得了14.9 W近-中红外激光输出,四波长激光的功率分别为3.71、4.36、3.21、3.62 W。通过调节PPSLT晶体温度,可以实现可调谐输出。进一步优化光参量振荡器谐振腔,可以实现四波长相同功率输出。

关键词：激光器光学超晶格中红外光参量振荡

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光学超晶格:从体块到薄膜

人工晶体学报 2022年第9期51卷 1527-1534页

作者：陈海伟胡小鹏祝世宁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... 详细信息

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。

关键词：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

光学超晶格晶体——实现激光频率转换的无限可能

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人工晶体学报 2021年第3期50卷 587-588页

作者：梁万国中国科学院福建物质结构研究所

1962年,诺贝尔奖获得者Bloembergen等提出了准相位匹配(quasi phase matching,QPM)理论,通过对光学晶体的二阶非线性极化率的周期性调制来补偿光频率变换过程中因色散引起的基波和谐波之间的相位失配,从而获得非线性光学效应的有效增强... 详细信息

1962年,诺贝尔奖获得者Bloembergen等提出了准相位匹配(quasi phase matching,QPM)理论,通过对光学晶体的二阶非线性极化率的周期性调制来补偿光频率变换过程中因色散引起的基波和谐波之间的相位失配,从而获得非线性光学效应的有效增强。20世纪70年代末,南京大学闵乃本等用晶体生长条纹技术生长出具有周期畴的铌酸锂晶体(后被称为光学超晶格),完成了首次准相位匹配的实验验证。20世纪80年代末,他们又提出了多重准相位匹配理论,将准周期(人工准晶)引入光学超晶格。到了20世纪90年代初,日本SONY公司、美国斯坦福大学、日本大阪大学、日本东北大学和中国南京大学等发展出图案极化技术,在铌酸锂(LN)、钽酸锂(LT)等不同铁电晶体中实现了铁电畴的周期极化反转,成功实现了倍频输出。后来南京大学研究组还将光学超晶格的研究从一维拓展到二维、三维,从经典光拓展到非经典光,极大地推动了光学超晶格晶体的应用研究。

关键词：日本大阪大学激光频率准相位匹配美国斯坦福大学光学超晶格钽酸锂日本东北大学非线性光学效应

光学超晶格的非线性光学效应研究及材料的制备

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光学超晶格的非线性光学效应研究及材料的制备

作者：刘文军山东师范大学

学位级别：硕士

现代光学技术的发展，对激光提出了更新更高的要求。拓宽激光输出波长范围，最常用、最有效的方法之一是利用非线性晶体的频率变换技术。目前人们通常利用各向异性晶体双折射特性的相位匹配(PM)技术和人为地在非线性晶体上制备出周期结... 详细信息

现代光学技术的发展，对激光提出了更新更高的要求。拓宽激光输出波长范围，最常用、最有效的方法之一是利用非线性晶体的频率变换技术。目前人们通常利用各向异性晶体双折射特性的相位匹配(PM)技术和人为地在非线性晶体上制备出周期结构的准相位匹配(QPM)技术来实现高效频率转换。由于准相位匹配技术有其独特的优势，可以利用非线性光学晶体的最大二阶极化张量，如PPLN、PPLT、PPKTP用的非线性极化张量都是d,其有效非线性系数高出普通非线性光学介质(如BBO、LBO、KTP)一个数量级，而且可以人为灵活设计调制周期，通过周期设计其频率变换范围可以覆盖准相位匹配介质的整个透明波段，选择无走离效应，解决了常规PM难以解决的问题，拓宽了非线性晶体的应用范围，极大地提高了频率转换效率，已成为非线性光学材料和固体激光器的研究热点之一。由于外加电场极化方法的成功使用大大降低了极化难度和成本，特别是体周期极化材料，由于它通光范围大，转换效率高，发展更为迅速。目前，利用准相位匹配技术已实现了脉冲、准连续和连续光的频率转换。QPM技术已从最初实现倍频发展到混频、OPO以及光脉冲整形等多种非线性光学应用领域。高效便捷的二极管泵浦激光器与准相位匹配技术相结合，已成为发展全新紧凑型固体激光器的一种趋势。随着周期极化技术的进一步成熟与发展，大面积均匀畴结构的短周期极化晶体制备已成为可能，这使得原来需要三阶甚至更高阶QPM方能实现的短波段转换用一阶QPM得以实现。另外，利用PPLN制成的光参量振荡器产生的红外波段光源，在军事对抗、大气环境检测、医学以及光谱学等领域都有十分重要的应用价值。关于PPLN-OPO的周期调谐和温度调谐特性国内鲜有报道，本文从理论上研究了光学超晶格的倍频效应，从理论上和实验上研究了光参量振荡(OPO)效应，主要内容如下： 1．阐述了非线性频率变换的原理，讨论了相位匹配和准相位匹配技术，着重说明了周期和准周期光学超晶格的工作原理。 2．以波动方程为出发点，推导了光学超晶格的倍频理论，重点讨论PPLN的周期与温度和波长的关系，探讨了周期带宽、温度带宽，形象直观地给出了极化周期与泵浦波长的关系，这对于研究倍频器件及对介质的制备和频率变换实验有重要的指导意义。摘要 3．以光参量振荡理论为基础，分析了PPLN－OPO在不同泵浦波段的调谐特性，重点讨论了加LN－OPO的温度调谐和周期调谐特性以及PPLN－OPO的温度带宽周期带宽，从理论上研究了PPLN－OPO信号光的转化效率和输出特性。采用光纤耦合输出的 LD泵浦 Nd：YVO。晶体，声光调 Q获得 1064urn脉冲输出，泵浦多周期的PPLN－OPO，获得可调谐信号光输出，实验结果与理论计算相吻合。 4．探讨了各种极化制备方法，并根据外电场极化法的有关理论，设计出了制备泵浦光为 1064nLrn，实现倍频的 PPLN的有关极化参数。

关键词：非线性频率变换光学超晶格准相位匹配倍频 PPLN-OPO 周期调谐温度调谐接受带宽。

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光学超晶格的非线性光学效应研究及结构设计

光学超晶格的非线性光学效应研究及结构设计

作者：王翠玲山东师范大学

学位级别：硕士

随着激光技术在现代光学技术发展中的作用越来越重要,对激光的强度、波长范围等提出了更新、更高的要求。而拓宽激光输出波长范围,最常用、最有效的方法之一是利用非线性晶体的频率变换技术。通常,非线性光学频率转换是通过对诸如BBO、... 详细信息

随着激光技术在现代光学技术发展中的作用越来越重要,对激光的强度、波长范围等提出了更新、更高的要求。而拓宽激光输出波长范围,最常用、最有效的方法之一是利用非线性晶体的频率变换技术。通常,非线性光学频率转换是通过对诸如BBO、LBO、KTP、LN 等优良非线性晶体的双折射相位匹配来实现的,但其自身存在许多无法克服的缺点,如在某些波长范围内,所用材料受本身色散特性限制而无法实现匹配,或其最大非线性系数得不到利用等,这极大限制了所用晶体的范围和转换效率。而光学超晶格(准相位匹配材料)是一种人工非线性光学材料,这种材料可以通过人为地对晶体的非线性极化率进行周期性调制,以提供倒格矢来补偿非线性光学过程中由于折射率色散造成的位相失配,不仅可以利用晶体最大的非线性系数,使某些具有大的非线性系数而不能用BMP 完成有效非线性过程的晶体得到有效利用,而且可以通过周期设计使其频率变换范围可以覆盖准相位匹配介质的整个透明波段。此外,QPM 时光束可均沿光轴方向传输,从而在频率变换过程中不存在走离效应,并有大的接受带宽,解决了常规PM 难以解决的问题,拓宽了非线性晶体的应用范围,极大地提高了频率转换效率。这些独特的优势,使得光学超晶格已成为非线性光学材料和固体激光器的研究热点之一,目前已被广泛应用于倍频、三倍频、光参量振荡等激光变频领域。上世纪90 年代以来,随着介电体超晶格的制备工艺日趋成熟和完善,准相位匹配技术在多种材料中得以实现。光学超晶格材料的应用已从最初实现倍频发展到混频、OPO 以及光脉冲整形等多种非线性光学应用领域。超晶格结构也从一维推广到二维,从周期结构推广到准周期结构,甚至是复杂的非周期结构,从而使得光学超晶格参与的非线性耦合过程变的更加复杂。例如在光参量过程中,可以在参量效应的基础上,同时出现相对参量光的倍频、和频等非线性效应,而此时对应的光学超晶格的倒格矢已经不再满足相位失配的补偿条件,因此需要对其非线性过程进行分析和计算,以确定在周期不匹配的情况下,对非线性光学效应的影响。本文从理论上研究了光学超晶格的倍频、参量等非线性光学效应,并对光学

关键词：光学超晶格准相位匹配倍频 PPLN-OPO 周期调谐温度调谐接受带宽

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光学超晶格中非线性成像的研究

光学超晶格中非线性成像的研究

作者：王瑞婷南京邮电大学

学位级别：硕士

非线性成像方法因其有望突破传统光学成像系统的衍射极限近年来成为研究热点,其中光学超晶格作为能够局部控制光相位进而调控非线性效应的微结构材料,一直受到重点关注。局域准相位匹配理论是一种利用光学超晶格实现非线性成像的方法,... 详细信息

非线性成像方法因其有望突破传统光学成像系统的衍射极限近年来成为研究热点,其中光学超晶格作为能够局部控制光相位进而调控非线性效应的微结构材料,一直受到重点关注。局域准相位匹配理论是一种利用光学超晶格实现非线性成像的方法,应用十分广泛,但是其实数化和二值化的处理过程同时会带来相位差和次级衍射峰的影响,成像质量不高。为了解决这一问题,本文基于光学超晶格材料,围绕提高非线性成像质量这一应用目标开展了相关研究。首先从全息理论出发,分析了光学超晶格中的非线性极化波,推导了在非线性全息中的波前记录与重建过程;提出利用全息多值编码方法对全息图单元格重新分区,实现了优化的超晶格倍频成像。模拟结果表明,当基波频率为900 nm、目标图片像素200 px×200 px,且光束沿晶体极化方向z轴入射时,可在5000μm和1300μm处可分别实现清晰的双点图案和复杂图案的倍频还原像。紧接着本文又提出了一种迂回编码设计畴结构的方法,通过改变超晶格单元格内开孔大小以及位置来实现对倍频光场振幅相位信息的记录,研究表明,非线性迂回编码成像在焦距值400μm时可实现清晰的双点聚焦以及复杂图案成像。然后横向对比了迂回编码方法和全息多值方法在晶格结构设计以及成像效果上的异同,模拟结果表明,迂回编码方法实现的倍频图像光强度更高,且抑制次级衍射峰的能力更强。同时,定量分析迂回编码方式中除了成像焦距之外的影响因素——元胞精度值以及目标图案位置:当精度值取s=6,并使用中心位置处的目标图案时,所实现的成像效果最佳。

关键词：非线性光学迂回编码光学超晶格非线性成像二次谐波产生

光学超晶格中自旋—轨道耦合冷原子的手性布洛赫—齐纳振荡

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光学超晶格中自旋—轨道耦合冷原子的手性布洛赫—齐纳振荡

作者：李哲涵华东师范大学

学位级别：硕士

实验实现玻色-爱因斯坦凝聚开启了在超冷原子气体中对宏观量子效应的探索。在凝聚态物理中,由于体系中存在着多种相互作用,所以准确研究粒子的动力学以及每一种相互作用的效果是很困难的。当超冷原子被装载入光晶格中时,高度的纯净性和... 详细信息

实验实现玻色-爱因斯坦凝聚开启了在超冷原子气体中对宏观量子效应的探索。在凝聚态物理中,由于体系中存在着多种相互作用,所以准确研究粒子的动力学以及每一种相互作用的效果是很困难的。当超冷原子被装载入光晶格中时,高度的纯净性和可控性使得该体系能成为一个理想平台来进行量子模拟,包括研究晶格势中粒子的动力学和新奇的量子效应。在此基础上,通过施加自旋-轨道耦合效应,电中性的超冷原子还可以被用来模拟电磁场中带电粒子的运动。这些独特的优势促使人们对冷原子体系开展了广泛的研究。在本文中,我们主要研究光学超晶格中自旋-轨道耦合冷原子的手性布洛赫振荡及手性布洛赫-齐纳振荡动力学。我们展现了体系的理论模型并将哈密顿量投影为一个有等效磁通穿过的两条腿梯子。通过计算瓦尼尔-斯塔克态,我们研究了手性布洛赫振荡动力学。在自旋-轨道耦合参数不变的情况下,手性布洛赫-齐纳振荡动力学可以通过调节光晶格参数被诱导出来,相应的朗道-齐纳隧穿率可由朗道-齐纳模型解析求解并且该结果也与数值模拟相一致。最后,我们讨论了体系中的量子相变且它可以由自旋极化率和手性流一阶导数的不连续性来表征。值得关注的是手性布洛赫-齐纳振荡动力学还展现出作为自旋相关干涉仪的应用前景。

关键词：超冷原子光学超晶格自旋-轨道耦合手性布洛赫-齐纳振荡

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光学超晶格的制备技术研究

光学超晶格的制备技术研究

作者：李晓阳南京大学

学位级别：硕士

基于准相位匹配技术的光学超晶格被广泛应用于激光的非线性频率转换和量子信息技术等领域。其制备工艺一直以来都是人们关注的研究内容。本文针对小周期和掺镁铌酸锂光学超晶格极化等技术难题,在介绍钽酸锂、铌酸锂的结构特性,以及理解... 详细信息

基于准相位匹配技术的光学超晶格被广泛应用于激光的非线性频率转换和量子信息技术等领域。其制备工艺一直以来都是人们关注的研究内容。本文针对小周期和掺镁铌酸锂光学超晶格极化等技术难题,在介绍钽酸锂、铌酸锂的结构特性,以及理解畴翻转动力学过程中基础上,探索了双面电极、高温极化、绝缘层辅助室温极化等技术方案,实现了小周期光学超晶格和掺杂镁铌酸锂光学超晶格的成功制备。具体包括以下几个方面:1.从钽酸锂、铌酸锂晶体的材料基本特性出发,介绍了室温极化过程中的畴动力学模型,以此为基础制备了大周期光学超晶格,并对比了不同电极材料对极化结果的影响。2.探究了过极化技术的原理,在此基础上提出了双面电极极化的方案,制备出了小周期(5μm)一维和二维的钽酸锂光学超晶格,畴贯穿性好,正负面的畴图案基本一致。3.针对掺镁铌酸锂的极化技术难题,尝试了几种技术方案。利用掺镁铌酸锂高温下矫顽场下降的特性,制备出了厚度1mm、周期30μm左右的掺镁铌酸锂光学超晶格。使用Si O2作为绝缘层,结合多脉冲极化,在常温下制备出了厚度为0.5mm掺镁铌酸锂光学超晶格,周期为十几微米。此外,本文还尝试了常温下制备掺镁铌酸锂超晶格的其他技术方案,包括紫外光辅助极化、质子交换后极化等,获得初步的结果。

关键词：光学超晶格钽酸锂铌酸锂掺镁铌酸锂电场极化技术

自相位调制对超短脉冲在准周期Fibonacci光学超晶格中传输的影响

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中国激光 1999年第9期26卷 847-851页

作者：高艳霞俊娜徐世祥范滇元中国科学院上海光机所高功率激光物理国家实验室上海201800

从准周期Fibonacci超晶格的结构特点和超短脉冲的传输特性出发，分析了超短脉冲在Fibonacci超晶格中传输时，自相位调制对脉冲频谱的调制，同时考虑了由SPM造成的频率啁啾对脉冲特性的影响，发现SPM对脉冲特性影响很大，它不但使脉冲频... 详细信息

从准周期Fibonacci超晶格的结构特点和超短脉冲的传输特性出发，分析了超短脉冲在Fibonacci超晶格中传输时，自相位调制对脉冲频谱的调制，同时考虑了由SPM造成的频率啁啾对脉冲特性的影响，发现SPM对脉冲特性影响很大，它不但使脉冲频谱展宽，而且限制超晶格的总体长度及基本单元的结构。

关键词：自相位调制啁啾准周期 Fibonacci 光学超晶格