周期性极化铌酸锂晶体光参量振荡调谐与容差特性分析

研究了周期性极化铌酸锂晶体光参量振荡的工作机理,并讨论了其波长调谐特性与极化反转光栅周期、抽运光波长与晶体温度的关系.在此基础上,通过对相位失配因子求微分的方案,分析了光参量振荡的增益与光栅周期、抽运光波长与晶体温度的关系,以及光栅周期、抽运光波长与晶体温度容差的关系 关键词： 准相位匹配 周期性极化铌酸锂 光参量振荡     

周期性极化铌酸锂波导全光开关特性分析

从理论方面研究了基于和频与差频级联二阶非线性效应的周期性极化铌酸锂波导全光开关的特性,给出了耦合模方程在满足相位匹配条件下小信号近似的解析表达式.用数值方法求解耦合模方程,讨论了相位失配情况下输出的信号光功率与控制光功率的关系.分析了全光开关器件的极化反转光栅周期、晶体温度、控制光波长等参量的容差特性与相互作用长度和晶体温度的关系 关键词： 级联二阶非线性 光开关 准相位匹配 周期性极化铌酸锂     

基于准相位匹配产生近中红外波段的特性分析

基于周期极化晶体的Sellmeier方程和准相位匹配理论,对准相位匹配光参变振荡器的调谐特性进行了理论分析.通过数值模拟计算,得到了PPRTA晶体光参变振荡的调谐特性与极化反转光栅周期、晶体温度和抽运光波长等参量的关系曲线.并且与PPKTP晶体和PPLN晶体光参变振荡器的调谐特性进行了比较,研究了三者的不同之处,得出了PPRTA晶体的参量调谐特性优于PPKTP晶体和PPLN晶体的结论,与国外已报道的实验数据相吻合.证实了PPRTA晶体是一种可以产生可调谐近中红外光的理想准相位匹配非线性光学晶体.     

电子极化对氟化钙离子晶体的弹性系数、压电系数和介电常数的影响

本文用黄昆的方法计算了电子极化对氟化钙离子晶体的弹性系数c₁₂-c₄₄的偏离的贡献,以及对静电与光学介电常数差的影响,其结果在数量级和方向上与实验结果符合。     

利用宽带倍频特性精确测量准相位匹配晶体的极化周期

 提出了利用准相位匹配晶体进行宽带脉冲倍频，再根据准相位匹配晶体的极化周期与倍频脉冲输出中心波长的相位匹配关系来精确测量准相位匹配晶体极化周期的新方法。理论分析了准相位匹配晶体的极化周期与倍频脉冲的光谱关系、倍频容许带宽与晶体长度的关系。研究表明：宽带脉冲倍频后输出的脉冲峰值波长对应于角度的调谐曲线具有对称性；对于长度为10 mm的极化晶体，其倍频容许带宽不到0.2 nm。实验中，采用了国产PPKTP晶体试验片，晶体尺寸为10 mm×7 mm×1 mm，理想极化周期9 300 nm。结果表明：对于中心波长为537.25 nm的倍频光，其对应的实际晶体极化周期为9 303.9 nm，大于晶体加工时的理想值；当倍频脉冲光谱测量精度为0.01 nm时，准相位匹配晶体的极化周期测量精度达到0.1 nm，远高于一般光学显微镜的观测精度。     

铌锌酸铅-钛酸铅薄层中Lamb波模式的交叉特性

以[001]_c和[011]_c极化的铌锌酸铅-钛酸铅晶体为研究对象, 利用子波理论对其无限大自由薄层中传播的Lamb波的色散及模式交叉特性进行了研究. 发现只有[001]_c极化的晶体中的对称与反对称模式Lamb波之间出现了多次交叉, 并且变化规律与铌镁酸铅-钛酸铅的情形相同. Lamb波的A₀和S₀模式的交叉是由准纵向剪切波慢度曲线的多值关系引起的, 此时其x₃方向的波数在一定范围内存在一对非纯虚数的复共轭根. 利用此结论推导出A₀和S₀模式交叉时弹性常数需要满足的条件, 为判断正交、四方对称性晶体中Lamb波的A₀和S₀模式是否交叉提供了一种直观、简便的方法.     

非共线准相位匹配周期极化RbTiOAsO4的增益带宽

研究了非共线准相位匹配过程中,周期极化RbTiOAsO_4晶体同时满足准相位匹配和群速匹配条件的非共线角和相应的极化周期随信号光波长的变化。分析了满足群速匹配条件时,非共线准相位匹配的调谐特性。数值模拟了增益带宽随非共线角、晶体温度和极化周期的变化关系。对比了群速匹配和最大增益带宽情况下,周期极化RbTiOAsO_4晶体增益带宽与晶体温度之间的关系。     

基于周期极化晶体MgO:PPLN的纠缠光子对制备过程的研究

基于二阶非线性效应的自发参量转换技术制备纠缠光子对过程中,以掺5 mol%MgO:PPLN周期极化晶体为研究对象,将光参量变换过程中的动量守恒和能量守恒条件与该晶体的色散方程,以及晶体极化周期随温度变化的热膨胀方程相联系,得到了355 nm、405 nm、532 nm、780 nm和1 064 nm这5个实验室常用波长点在制备纠缠光子对时的周期调谐特性和温度调谐特性。研究过程中发现,出现了晶体极化周期过小和产生两对纠缠光子对问题,总结并归纳了各波长点在一定极化周期和温度下与非线性晶体作用所产生的纠缠光波段范围。当选用其他非线性周期极化晶体进行实验时,改变QPM动量守恒条件中的极化周期项,同时根据具体使用的晶体改变色散方程。该研究方案可直接推广到使用不同非线性晶体产生通信光波段或红外光波段的纠缠光子对研究中,在制备量子光源等领域具有重要研究价值。     

周期极化铌酸锂THz波产生理论分析

首先采用光参量振荡的机理研究了THz波在准相位匹配媒质周期极化铌酸锂晶体中同向传播与反向传播情况下,以及THz波从晶体表面辐射产生的特性;其次研究了THz波的温度调谐特性、极化反转光栅周期调谐以及改变入射泵浦光与光栅波矢夹角的调谐特性;然后分析了THz波谱宽特性,给出解析表达式,并与实验结果进行了比较,证明理论分析结果与Y.S.Lee等人所给出的实验结果符合很好;最后分析了THz波的稳定性与温度、光栅周期、泵浦入射角以及辐射角的关系.     

基于周期极化LiTaO3晶体的高增益简并啁啾脉冲参量放大

根据准相位匹配理论计算了周期极化LiTaO₃(PPLT)晶体中0类准相位匹配过程(e+e→e)的增益曲线.在此基础上，使用数百μJ的低抽运能量获得了～10⁶的增益和～10.3%的转换效率，实现了中心波长位于1064nm的基于简并光学啁啾脉冲参量放大(OPCPA)技术的高增益放大，为产生超短超强激光脉冲提供了新的技术手段.实验结果与理论预期基本符合.     

光参量啁啾脉冲饱和放大的增益稳定性

 光参量啁啾脉冲放大（OPCPA）在饱和放大区存在一个增益稳定点，据此设计了一个输出稳定的三级OPCPA系统；第一、二、三级分别选用准相位匹配的周期极化钛氧磷酸钾（PPKTP）晶体、LBO晶体和KDP晶体作为增益介质。饱和放大时，增益随泵浦光强度变化时的增益输出稳定性明显改善，在泵浦光强度抖动低于6%的情况下，各级光参量放大器OPA输出的增益抖动小于1%。前级采用准相位匹配的PPKTP晶体作为增益介质，在远低于破坏阈值的30MW/cm²的泵浦功率密度下，可得到2×10⁵的饱和放大增益和20%的能量转换效率。     

周期极化KTiOPO4晶体连续倍频绿光输出

采用外加电场极化方法，在Z切1mm厚的KTiOPO4晶体中实现了周期性极化反转。晶体的极化反转周期为9．0／μm，相互作用长度为3mm。波长为1．064μm的基频光功率为900mW，晶体中心温度为32℃时，获得0．532μm、22μW的倍频绿光输出，二次谐波转换效率为0．0024％。     

Investigation of near-collinear degenerated quasi-phase matching optical parametric amplification using PPKTP crystal

The gain properties of near-collinear degenerated phase-matched optical parametric amplification (OPA) using PPKTP crystal are investigated theoretically. The results indicate that the type-0 phase matching of PPKTP has larger accepted angle and better gain spectrum by tuning crystal temperature or rotating crystal angle.     

利用电光效应实现周期极化KTP晶体制作过程的实时监控

KTP晶体与其他非线性晶体相比具有明显的优势,但同时它具有相当高的电导率,因此极化过程中一直存在传导电流,使其不能利用传统的方法有效控制极化反转过程。为了解决这种困难,需要对KTP晶体的极化反转过程进行实时监控。采用了利用电光效应的实时监控方案,并且进行了理论分析,用实验验证了实时监控方案的可行性。与采用该方法前相比,KTiOPO4(简称PPKTP)器件的倍频转换效率提高了数倍。实验表明利用实时监控可以提高周期极化KTP晶体的制备质量和重复性,也可以作为周期极化KTP晶体质量的检验手段。     

High-power diode-pumped nonlinear mirror mode-locked Nd:YVO4 laser with periodically-poled KTP

We demonstrate a high-power nonlinear mirror (NLM) mode-locked Nd:YVO₄ laser with a periodically poled KTP (PPKTP). With a 10-mm-long PPKTP crystal, 5.6 W of average power with 20-ps of pulse duration was generated at 18-W of pump power. Compared with conventional type-II KTP crystal with the same length, the stability against the Q-switched mode-locking (QML) is significantly increased with PPKTP in NLM laser; and the pulse duration was also considerably reduced. Received: 21 July 2000 / Revised version: 30 August 2000 / Published online: 10 January 2001     

理论构造周期极化KTiOPO_4晶体制备852和1550nm双色纠缠光

利用KTiOPO4(KTP)材料非线性系数d33对应的二阶非线性0-类准相位匹配,理论上设计构造了一种周期极化KTiOPO4晶体(PPKTP),当晶体温度为20℃时,晶体准相位匹配格子的周期为10.70μm。波长为550nm的激光泵浦由该晶体组成的光学参量振荡器能产生含852nm信号光和1550nm的闲置光的双色纠缠,其中信号光对应Cs原子吸收线,闲置光1550nm对应光纤通讯波长。该纠缠光对量子信息网络和原子信息存储有非常重要的意义。     

Generation of self-oscillations from a singly resonant periodically poled potassium titanyl phosphate crystal frequency doubler

We report on the generation of self-oscillations from a continuously pumped singly resonant frequency doubler based on a periodically poled potassium titanyl phosphate crystal （PPKTP）. The sustained square-wave and staircase curve of self-oscillations are obtained when the incident pump powers are below and above the threshold of subharmonic-pumped parametric oscillation （SPO）, respectively. The self-oscillations can be explained by the competition between the phase shifts induced by cascading nonlinearity and thermal effect, and the influence of fundamental nonlinear phase shift by the generation of SPO. The simulation results are in good agreement with the experiment data.     

High-efficiency frequency doubling of continuous-wave laser light

We report on the observation of high-efficiency frequency doubling of 1550?nm continuous-wave laser light in a nonlinear cavity containing a periodically poled potassium titanyl phosphate crystal (PPKTP). The fundamental field had a power of 1.10?W and was converted into 1.05?W at 775?nm, yielding a total external conversion efficiency of 95±1%. The latter value is based on the measured depletion of the fundamental field being consistent with the absolute values derived from numerical simulations. According to our model, the conversion efficiency achieved was limited by the nonperfect mode matching into the nonlinear cavity and by the nonperfect impedance matching for the maximum input power available. Our result shows that cavity-assisted frequency conversion based on PPKTP is well suited for low-decoherence frequency conversion of quantum states of light.