光學(xué)超晶格概述

光學(xué)超晶格理論學(xué)習(xí)匯報(bào)匯報(bào)者：馬玉珂11/15/2016主要內(nèi)容光學(xué)超晶格定義非線(xiàn)性材料光學(xué)超晶格的發(fā)展歷史雙折射相位匹配理論BPM（birefringentphasematching）準(zhǔn)相位匹配理論QPM（Quasiphasematching）多重準(zhǔn)相位匹配和耦合參量過(guò)程應(yīng)用光學(xué)超晶格定義將微結(jié)構(gòu)引入晶體中，使其正疇和負(fù)疇按照一定的方式有序排列引入的微結(jié)構(gòu)可以是周期的，亦可以是準(zhǔn)周期或非周期；可以是一維的，也可以是二維的。可以被制成光學(xué)超晶格的材料有LiNbO3KTPGaPGaAs，石英晶體等主要用于激光倍頻光學(xué)超晶格基質(zhì)材料：光損傷閾值；非線(xiàn)性系數(shù)；極化性能非線(xiàn)性材料光學(xué)超晶格的發(fā)展歷史雙折射相位匹配理論利用晶體雙折射特性，不同的偏振態(tài)具有不同折射率，即參與互作用的光波取不同的偏振，從而在某個(gè)特定的方向上實(shí)現(xiàn)相位匹配。上標(biāo)e和o代表異常光和尋常光，θ代表傳播方向與晶體光軸之間的夾角PeterFranken準(zhǔn)相位匹配理論激光頻率的轉(zhuǎn)換過(guò)程遵守兩個(gè)守恒定律，一是能量守恒，二是動(dòng)量守恒。其中動(dòng)量守恒在非線(xiàn)性光學(xué)中稱(chēng)之為相位匹配。以倍頻為例，ω為頻率，k是波矢量。在QPM中，G是光學(xué)超晶格提供的倒格矢。當(dāng)位相差改變?chǔ)袝r(shí)，能量的流動(dòng)方向的正負(fù)符號(hào)改變一次，相應(yīng)的作用距離長(zhǎng)度正好是諧波的半個(gè)消長(zhǎng)周期，這個(gè)長(zhǎng)度我們定義為相干長(zhǎng)度。n1為基波相速度；原先產(chǎn)生的諧波有著不同的位相，其相速度n2。因此基波和諧波間的相速度差異帶來(lái)的位相差決定了兩者間能量流動(dòng)的方向。位相差隨相互作用距離增加而增加，于是諧波和基波間能量的流動(dòng)方向的正負(fù)符號(hào)隨距離呈周期變化，最后表現(xiàn)在諧波強(qiáng)度上也呈周期性變化，BloembergenN.準(zhǔn)相位匹配理論多重準(zhǔn)相位匹配和耦合參量過(guò)程周期超晶格只有一組倒格矢，通常只能高效完成一個(gè)光參量過(guò)程。而準(zhǔn)周期光學(xué)超晶格具有多組的倒格矢，能同時(shí)高效完成多個(gè)光參量過(guò)程。以Fibonacci結(jié)構(gòu)與三倍頻為例：一維Fibonacci準(zhǔn)周期光學(xué)超晶格的倒格矢為Gmn;τ

是黃金分割數(shù);lAlB是兩個(gè)不同單元的厚度;mn是兩個(gè)整數(shù)。多重準(zhǔn)相位匹配和耦合參量過(guò)程在三倍頻的產(chǎn)生中，涉及兩個(gè)過(guò)程：1）倍頻；2）倍頻和基頻的和頻。通常方法需要利用兩塊晶體，第一塊用于倍頻，而第二塊用于和頻，并分別滿(mǎn)足相位匹配或準(zhǔn)相位匹配條件。利用準(zhǔn)周期光學(xué)超晶格可以將兩個(gè)過(guò)程集成在一塊晶體里。因?yàn)闇?zhǔn)周期光學(xué)超晶格可以提供兩個(gè)不同的倒格矢，使倍頻與和頻過(guò)程能同時(shí)滿(mǎn)足準(zhǔn)相位匹配條件.k3是三倍頻波矢k2-2k1-G11=0k3-k2-k1-G23=0準(zhǔn)相位匹配理論相比雙折射相位匹配理論，QPM有若干個(gè)優(yōu)點(diǎn)如下：光學(xué)超晶格與超晶格同異性應(yīng)用周期性極化鈮酸鋰（PPLN）

PPLN是一種高效的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的非線(xiàn)形晶體，可用于倍頻、差頻、和頻及光學(xué)參量振蕩和光學(xué)參量放大等。PPLN使用壽命較長(zhǎng)，Thorlabs和Stratophase已推出成熟的商品。532nmMgO:PPLN綠激光芯片參數(shù)規(guī)格芯片長(zhǎng)度（mm）2.0芯片寬度（mm）~2.1芯片厚度（mm）0.5端面鍍鏌input：AR@1064nm,HR@532nm;

output：HR@1064nm,HT@532nm.光光轉(zhuǎn)換效率≥30%工作溫度20-40℃應(yīng)用775nmMgO:PPLN激光芯片

MgO:PPLN芯片可實(shí)現(xiàn)1550nm倍頻轉(zhuǎn)換為775nm光輸出參數(shù)規(guī)格芯片長(zhǎng)度（mm）0-40芯片寬度（mm）2.5芯片厚度（mm）