晶体电光和非线性光学效应的离子基团理论(Ⅲ)——利用畸变氧八面体的离子基团模型计算LiNbO3,LiTaO3,KNbO3,BNN晶体的电光和倍频系数

本文用文献[1]中所提出的(MO₆)离子基团模型,计算LiNbO₃,LiTaO₃,KNbO₃,BNN等晶体的电光和倍频系数。假设在O_h对称时,这些晶体中的氧八面体具有相同的能级和对称波函数,则通过群表示理论就可得到在C_3ν,C_2ν对称性时氧八面体的能级和对称波函数,并进而用ABDP理论计算它们的电光和倍频系数。计算结果和实验符合得相当好。本文并从理论上解释了这些晶体的倍频系数大小、符号和氧八面体畸变间的关系,由此可以得到以下两个结论:(1)畸变氧八面体的离子基团模型不但适用于钙钛矿型材料,同时也适用于钨青铜型、LiNbO₃型材料。(2)在钨青铜型、LiNbO₃型的材料中,仍是“离子键”对电光和倍频效应作出主要贡献,同时由于LiTaO₃的共价键成份比LiNbO₃大,因而LiTaO₃的非线性光学效应比LiNbO₃小。     

Ce:Co:LiNbO3晶体光折变性能研究

在LiNbO₃中掺进CeO₂和Co₃O₄,以Czchralski技术首次生长Ce:Co:LiNO₃, Ce:LiNbO₃, Co:LiNbO₃晶体.通过测试Ce:LiNbO₃, Co:LiNbO₃和Ce:Co:LiNbO₃晶体的指数增益系数, 位相共轭反射率和响应时间,计算晶体的有效载流子浓度和光电导.Ce离子能提高LiNbO₃晶体光折变灵敏度,Co离子能提高LiNbO₃晶体的响应速度和抗光致散射能力,从而Ce:Co:LiNbO₃晶体具有较高的指数增益系数,位相共轭反射率,响应速度.Ce:Co:LiNbO₃晶体具有优良的光折变性能.     

飞秒激光烧蚀LiNbO3晶体的形貌特征与机理研究

采用了不同能量的单脉冲和多脉冲飞秒激光对LiNbO₃晶体进行烧蚀，并刻蚀了表面衍射型光栅.通过扫描电镜和原子力显微镜观察了烧蚀点的形貌特征，首次发现利用单束飞秒激光脉冲对LiNbO₃晶体烧蚀，可以得到超衍射极限的烧蚀点，当聚焦光斑直径约为2μm、能量为170nJ的单脉冲飞秒激光作用时，烧蚀点的直径约为400nm，100nJ，17个脉冲作用时烧蚀点的直径约为800nm.同时可以观察到在能量较低的多脉冲飞秒激光作用下， LiNbO₃晶体呈现出大约200nm周期性分布的波纹状结构.实验结果表明，选择合适参数的飞秒激光脉冲可以对LiNbO₃晶体进行超衍射极限加工，这对于利用飞秒激光制作LiNbO₃基质的微纳光电子器件有十分重要的意义.     

LiNbO3晶体中屏蔽光伏孤子自偏转的 时空演化与可控因素

基于带输运模型理论建立了 LiNbO₃ 晶体屏蔽光伏孤子的时空演化动力学方程, 用有限差分方法求解发现, LiNbO₃ 晶体中明、暗屏蔽光伏孤子存在大的自偏转, 并且光孤子形状变得具有不对称性, 偏转方向的曲线斜率绝对值变大, 偏转反方向的曲线斜率绝对值变小. 分析研究表明影响其自偏转度和形变的因素包括受主浓度 N_A, 暗辐射强度 I_d 和外加电场 E₀ . 其他条件不变的情况下N_A 越大, 明孤子的自偏转度与形变越小, 暗孤子的自偏转度与形变反而越大; 对于 I_d , 它对明暗孤子的影响是相同的, I_d 越小, 晶体里诱导出的空间电荷场越容易达到饱和, 当信号光中心光强与暗辐射强度之比为 10^-1时无饱和现象产生; 随着 E₀ 数值的增大, 明孤子的自偏转度和形变减小, 而暗孤子的自偏转度和形变反而增大.     

掺锌LiNbO3晶体的生长及其光学性能

在LiNbO₃中掺进3mol%、5mol%、7mol%ZnO生长Zn:LiNbO₃晶体.测试Zn:LiNbO₃晶体的吸收光谱,研究Zn:LiNbO₃晶体吸收边紫移的机制.测试Zn:LiNbO₃晶体的红外光谱,研究Zn(7mol%):LiNbO₃晶体OH 吸收峰由3484cm^-1移到3530cm^-1的机制.测试Zn:LiNbO₃晶体倍频转换效率和相位匹配温度,研究Zn:LiNbO₃晶体倍频转换效率增强的机制.     

3～4μm光参量振荡器中双轴晶体计算的新方法

提出了一种光参量振荡器(OPO)中基于调谐范围中心波长处满足相位匹配条件的KTP晶体计算的新方法;该方法通过求出的相位匹配点对有效非线性系数进行数值计算,找出有效非线性系数的最大值,从而求出该点对应的相位角θ和方位角φ,确定出晶体的切割角.     

LiNbO3无谐振腔式电光调制混合型光学双稳态实现条件的研究

本文简介以LiNbO₃为非线性介质,利用电光振幅调制特性实现了LiNbO₃晶体混合型光学双稳态,并在不同的条件下测试了不同的光学双稳态滞后回线和调制函数曲线,首次提出“调制函数曲线平移”问题的方法。用此一性质可将偏置电压调制为零省去偏置系统,利于系统集成,为实现无偏压双稳系统指明了方向。     

Mg2+对Fe:LiNbO3晶体光折变响应时间的影响

在Fe:LiNbO₃中掺进3mol%和6mol%MgO,生长了Mg:Fe:LiNbO₃晶体.测试了Mg:Fe:LiNbO₃晶体抗光致散射能力、衍射效率、响应时间和光电导.推导响应时间与光电导之间的关系.在Fe:LiNbO₃晶体中掺进6mol%的Mg²⁺,它的抗光致散射能力比Fe:LiNbO₃晶体提高一个数量级,响应速度比Fe:LiNbO₃晶体提高四倍.     

光纤光栅温度传感的非线性现象

对光纤光栅温度传感反射波长相对漂移量与温度改变量的非线性问题进行了详细研究.通过对实验曲线的多项式拟合,求出了光纤光栅反射中心波长相对漂移量Δλ_C/λ_C与温度改变量ΔT的解析式,用对比法得到了温度灵敏度系数η表达式.取样计算表明:多项式能更好地反映Δλ_C/λ_C与ΔT的关系,证明了温度灵敏度系数η不是常量,而是随温度增加缓慢增大.     

Ti扩散Er3+:LiNbO3沟道波导的模式分析

本文采用有效折射率方法对Ti扩散Er³⁺:LiNbO₃沟道波导的模式特性进行了分析,分析中考虑了Er³⁺:LiNbO₃晶体的各向异性,并与变分法分析进行了比较,二者结果相一致。     

超短中红外参量放大过程的时空走离特性

 计算了MgO:LiNbO₃晶体中，共线与非共线相位匹配光参量放大产生超短中红外激光脉冲过程中的相位匹配曲线、有效非线性系数以及时间和空间走离情况。结果表明，采用非共线相位匹配方式，可以实现三波间群速度匹配；在抑制了泵浦光与信号光之间的空间走离的同时加大了泵浦光与闲频光之间的空间走离，但这种影响可以忽略；同时非共线角的引入使相位匹配角增大，提高了有效非线性系数。因此，非共线角的引入在不影响空间走离的情况下，有效补偿超短中红外参量放大过程中的时间走离，有利于参量放大转换效率的提高。     

掺镁铌酸锂晶体抗光损伤机理的研究

通过测试Mg(5mol%):LiNbO₃、Mg(4m0l%):LiNbO₃和LiNbO₃等晶体的光损伤阈值、红外透射光谱、倍频性能等,研究了Mg²⁺在Mg:LiNbO₃晶体中所处的状态以及高掺镁抗光损伤能力增强的机理。     

色散效应对光学参量放大器量子起伏特性的影响

解析求解了包含色散、损耗和抽运吃空的含时的Fokker-Planck方程,通过数值计算首先获得了色散时简并参量放大(DOPA)系统的光压缩特性.研究结果表明：色散效应是由非线性极化率从χ″增大到χ″/{1+σ²/}/+2而引起的.随着色散效应的逐渐增大,压缩曲线的形状基本相同,且整体向左收缩,最大压缩趋近于线性理论的结果1/(1+μ).还获得了色散时非简并参量放大(NOPA)系统的光纠缠特性.研究发现：当σ给定,随着抽运参数μ的增大,相应的相位变化也增大,非线性极化率的极性发生多次变化,极性为正阶段的增益大部分被极性为负阶段的衰减所抵消,净增益不大,压缩也不大,最小均方差V₁的值逐渐减小,且整体向右移动,接近于线性理论的结果1/(1+μ).     

周期极化KTP晶体光参量振荡特性研究

基于较新的Sellmeier方程,研究了周期极化钛氧磷酸钾(KTiOPO₄简称KTP)晶体光参量振荡的容差特性,给出了极化反转光栅周期、晶体温度及泵浦光波长的调谐曲线和带宽的容差特性曲线,并与PPLN晶体作了比较数值计算结果与已有实验数据吻合较好.     

LiNbO3∶Fe3+晶体的光谱精细结构、零场分裂参量及Jahn-Teller效应

应用不可约张量方法和群的理论构造了三角对称晶场中3d⁵组态离子的252阶可完全对角化的微扰哈密顿矩阵，利用该矩阵计算了LiNbO₃∶Fe³⁺晶体的光谱精细结构、零场分裂、晶体结构、Jahn-Teller(J-T)效应，其理论计算值与实验值相符合，并研究了自旋四重态、自旋二重态分别对基态能级的影响，证明了自旋四重态对基态能级的贡献是主要的，自旋二重态对基态能级的贡献虽很小，但却是不可忽略的.在此基础上,进一步研究了自旋-轨道耦合作用、自旋-自旋耦合作用对LiNbO₃∶Fe³⁺晶体的光谱精细结构和零场分裂参量的影响，发现自旋-轨道耦合作用是最主要的，自旋-自旋耦合作用也是不可忽略的. 研究表明，该种物质的四重态光谱结构中含有J-T效应. 其产生原因是自旋-轨道耦合及三角畸变的共同作用的结果，两者缺一不可.     

Tm3+/Yb3+共掺碲酸盐玻璃的近红外发光及能量传递机理

采用高温熔融法制备了组分为TeO₂-ZnO-Na₂O的Tm³⁺离子单掺和Tm³⁺/Yb³⁺共掺碲酸盐玻璃,应用Judd-Ofelt理论计算分析了玻璃样品的强度参量Ω_t(t=2, 4, 6),自发辐射跃迁几率A,荧光分支比β和荧光辐射寿命τ_rad等光谱参量,测量得到了不同Yb³⁺离子掺杂浓度下玻璃样品的Tm³⁺离子上转换发光谱.结果显示,在980 nm泵浦光激励下玻璃样品发射出强烈的近红外上转换荧光.对Tm³⁺离子上转换发光分析表明,强烈的Tm³⁺离子近红外上转换发光主要来自于Yb³⁺/Yb³⁺离子间的共振能量传递以及基于单声子和双声子辅助的Yb³⁺/Tm³⁺离子间的非共振能量传递过程,并进一步计算得到了声子贡献比和能量传递系数.最后,计算分析了Tm³⁺:³F₄→³H₆能级间跃迁的1.8 μm波段吸收截面、受激发射截面和增益系数.研究表明,Yb³⁺/Tm³⁺共掺TeO₂-ZnO-Na₂O玻璃可以作为近红外波段固体激光器的潜在增益基质.     

晶体电光和非线性光学效应的离子基团理论(Ⅰ)——利用氧八面体畸变模型计算BaTiO3晶体电光及倍频系数

本文对钙钛矿型晶体的电光及倍频效应的机理提出了一个(MO₆)离子基团模型。并从(TiO₆)离子基团的准分子轨道及晶格场位能作用下的(TiO₆)离子基团的离子键轨道出发,利用ABDP理论,分别计算了BaTiO₃的各个电光及倍频系数。计算结果表明,在没有引入任何可调整参量的情况下,用(TiO₆)离子基团的晶格场理论所得到的电光及倍频系数的计算值和实验值符合得相当好,而准分子轨道对这些效应的贡献很小。由     

ps参量放大效应

本文报道用0.53μm波长超短脉冲序列泵浦角度调谐的LiNbO_3参量晶体,获得1%单程参量放大能量转换效率,并在0.8～1.6μm范围测得参量信号光和空载光波长调谐曲线.     

非线性光学 非线性光学器件

TN753.922006054161纳秒近红外KTP光学参量振荡器的理论设计=Theoreti-cal design of nanosecond near infrared KTP optical para-metric oscillator[刊,中]/苗杰光(中科院长春光机所.吉林,长春(130033)),檀慧明…//光学精密工程.—2006,14(3).—374-379对纳秒近红外KTP光学参量振荡器(KTP-OPO)进行了全面系统的理论设计。讨论了KTP-OPO的相位匹配,计算了KTP的走离角、允许角和有效非线性系数,数值模拟了角度调谐曲线和增益曲线,从而确定了调谐范围为1.35~2.0μm,晶体切割角为59.6°。同时,分析了晶体长度、走离角以及输出镜耦…     

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.