准位相匹配铌酸锂波导倍频特性分析与优化设计

用标量有限元方法计算了周期性极化的铌酸锂光波导中模折射率和模场分布,并在计算中引入铌酸锂晶体折射率与温度变化的关系,分析了准位相匹配铌酸锂波导倍频效率与极化反转光栅周期、基频光波长、波导器件温度等关系.理论分析与实验结果符合得很好.在此基础上,分析了波导制作参数与倍频效率、光栅周期与晶体温度,以及温度带宽与光栅通光方向长度等关系,进而对铌酸锂波导倍频器件进行优化设计. 关键词： 铌酸锂 光波导 准位相匹配 有限元     

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     

基于光纤环形腔激光器的可调谐全光波长转换器的研究

在光纤环形腔激光器中引入周期极化反转铌酸锂(PPLN)光波导，用该激光器产生的连续光作为抽运光和控制光，使其与外加的信号光发生非线性效应实现可调谐波长转换.介绍了基于准相位匹配的PPLN光波导中的和频与差频级联型全光波长转换器的基本原理.对抽运光、信号光、控制光以及转换光的光功率随着PPLN光波导的变化进行了模拟.还对转换效率随着转换光波长的变化进行了数值计算.实验验证了该波长转换器的可调谐性. 关键词： 周期极化反转铌酸锂 和频与差频 可调谐全光波长转换 光纤环形腔激光器     

利用光衍射效应探测周期极化微结构晶体

以光栅衍射理论为基础，从理论上分析研究了微结构晶体衍射效率与占空比和折射率的关系.采用波长为532nm，最大功率为80mW 的连续激光为光源，分别对周期极化掺镁铌酸锂微结构晶体和周期极化同成分铌酸锂微结构晶体的占空比及极化反转引起的折射率变化进行了测试.测试结果表明，掺镁铌酸锂晶体周期极化反转所引起的折射率改变量大于同成分铌酸锂晶体极化反转所引起的折射率变化. 关键词： 光栅衍射 占空比 折射率变化     

新颖的PPLN电光开关

在分析基于级联二阶非线性效应的准相位匹配周期极化铌酸锂(PPLN)波导全光波长变换器的有关参量容限的基础上,提出PPLN波长变换器的电光调控设想,并给予简要论证,论证结果是可行的,从而可实施电控调谐来自动补偿其失配,进而也可实现光开关的功能 关键词： 准相位匹配 周期极化铌酸锂 波长变换 光开关 电光效应调控     

宽带准连续光纤激光在周期极化铌酸锂中倍频特性的研究

双包层光纤激光器和非线性光学材料(如周期性极化的铌酸锂晶体,PPLN)相结合,开辟了实用性非线性光学器件的一个新领域。研究了准相位匹配周期性极化反转铌酸锂晶体对宽带准连续光纤激光倍频的温度特性和频谱特性。在理论上,从准相位匹配相位失配关系出发,推导了晶体温度与抽运源中心波长的关系以及温度响应带宽,并和已报道实验结果进行了比较,二者符合得很好。此外,还推导了倍频周期极化铌酸锂晶体对抽运基频光源的响应谱线带宽。在实验上,采用长度20mm,极化周期6．5μm,厚度0．5mm的周期极化铌酸锂晶体光纤激光器准连续宽带输出进行了倍频,获得了在不同控制温度下的倍频光光谱,并对此进行了详细分析。     

基于周期极化反转铌酸锂光波导高速非归零码到归零码的转换

研究了基于周期极化反转铌酸锂光波导级联二阶非线性效应实现非归零码到归零码高速全光码型转换的新方案,使用的是马赫-曾德尔干涉仪结构.转换原理是非归零码信号光在级联倍频和差频过程中受到的放大作用引起马赫-曾德尔干涉仪的不平衡,进而通过干涉相消产生归零码信号光输出.首先从耦合波方程出发,数值模拟了非归零码到归零码码型转换过程.然后分析了波导长度、光功率、相对时延对消光比的影响并对码型转换进行了优化设计.最后分析了转换带宽,模拟计算表明信号光在90nm的3dB带宽内可调谐,进而可以实现多信道的同时转换. 关键词： 码型转换 级联倍频和差频 周期极化反转铌酸锂 马赫-曾德尔干涉仪     

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     

基于和频与差频级联的全光单光子波长变换

基于周期极化铌酸锂波导,提出了一种采用和频产生与差频产生级联的全光单光子波长变换方案.在海森堡绘景下,通过非线性变换过程的哈密顿量求解了目标单光子信号的湮灭算子,进而根据变换前后的光子数算符之比得到了单光子波长变换的效率.分析了和频产生过程以及差频产生过程中单光子的转换效率与泵浦功率之间的关系,证明了存在最佳泵浦功率使得量子态能够完全转移.数值分析结果表明,当上变换(和频产生)泵浦光功率为65 mW、下变换(差频产生)泵浦光功率为150 mW时,由1550 nm到1530 nm的单光子波长变换可达到61％的转换效率.给出了级联单光子波长变换的实验装置,包括周期极化铌酸锂波导、泵浦激光、准单光子信号源、滤波等光学元器件、单光子探测器和同步线路.     

半导体激光直接倍频的488nm蓝光激光器

利用波导型准相位匹配周期极化反转铌酸锂(PPLN)晶体直接倍频波长为976 nm的连续半导体激光二极管,在最佳晶体工作温度(28℃)下,获得了波长为488 nm的连续蓝光输出,最大输出功率大于20 mW。所用的晶体尺寸为8 mm×1.4 mm×1 mm,波导截面为4.5μm×3.5μm,极化周期为5.2μm。研究了波导型周期极化反转铌酸锂晶体的倍频效率与温度的关系,与普通的周期极化反转铌酸锂相比,倍频效率与温度关系的敏感度较低。同时,由于晶体可以在室温下工作,简化了加温与温控部件,提高了整机的工作效率。在此实验的基础上,制成了一台小型的全固态488 nm连续蓝光激光器。     

准相位匹配扇形光栅铌酸锂光波导倍频绿光输出

采用外加电场极化方式对具有扇形光栅的 0 .5mm厚Z切铌酸锂晶体进行极化反转 ,制成了退火质子交换光波导。极化反转周期为 5 .8μm～ 6 .2 μm ,采用Nd∶YAG激光器输出的 1.0 6 4 μm连续激光为基频光波 ,实现了0 .5 32 μm倍频绿光输出 ,相互作用长度为 4mm ,耦入波导的基频光波功率为 10mW ,获得了 2 0 μW的绿色倍频光输出 ,归一化转换效率为 12 5 % (W·cm2 )。     

新型双环腔结构可调谐全光波长转换器的实验研究

利用周期性畴反转铌酸锂光波导级联和频与差频的二阶非线性效应，提出并实验验证了一种新颖的基于无源光波导双环腔结构的可调谐全光波长转换方案，实现了皮秒脉冲从信号光波长到空闲光波长的转换.采取的脉冲信号光脉宽为1.57ps，重复频率为40GHz，抽运光和控制光由双环腔激光器提供，无需任何外界注入连续光. 关键词： 全光波长转换器 双环腔 周期性畴反转铌酸锂 级联和频与差频二阶非线性效应     

准晶非线性光子晶体中二次谐波波长和温度调谐的研究

在八重准周期极化的铌酸锂非线性光子晶体中,通过调节基频光波长实现了多个波长的同时共线准相位匹配倍频,最高转换效率达36%.同时,测量了准晶非线性光子晶体中二次谐波转换效率随晶体温度以及入射波长的变化,结果表明二次谐波在长波处具有更宽的温度以及波长调谐带宽.该项研究对于准周期非线性光子晶体在实际工作中的运用具有重要的指导意义. 关键词： 准周期 非线性光子晶体 温度调谐 波长调谐     

基于单块周期极化铌酸锂晶体级联三倍频的440 nm蓝光固体激光器

阐述了一种基于单块周期极化铌酸锂晶体级联三倍频实现440 nm蓝光输出的实验方案。根据周期极化铌酸锂晶体的Sellmeier方程以及倍频与和频的相位匹配条件,在一块周期极化铌酸锂晶体上设计了两段不同的极化周期,使其在同一工作温度下能分别实现倍频与和频,在先后经过倍频与和频后,实现级联三倍频输出。实验采用Nd: YAG产生的1319 nm光作为基频光,重频400 Hz,脉宽110 ns,横向和纵向光束质量因子分别为1.81和2.65。耦合进周期极化铌酸锂晶体后,出射光中检测到660 nm的红光和440 nm的蓝光。通过调整工作温度和入射基频光功率,得到2.4 mW的最大蓝光输出,此时工作温度55.5 ℃,基频光功率530 mW。实验结果验证了单块晶体实现级联三倍频440 nm蓝光输出的可行性。     

切伦科夫型级联二阶非线性效应的解析优化

在考虑传输损耗的基础上，用解析的方法详细分析和优化了平板波导中切伦科夫型级联二阶非线性效应引起的基波非线性相位移动和基波功率的变化，结果表明，基波非线性相位移动和基波功率变化对波导参数和光波波长有强烈的依赖关系。另外，即使不引入周期畸反转，只要对波导厚度和入射光波波长合理选择，就可以在基波功率消耗很小的情况下得到相当大的基波非线性相位移动（＞2π）。不引入畸反转可以避免制作高质量反转结构的技术困难，对该结构在全光开关器件中的实际应用有重要的价值。     

单到单和单到双信道皮秒脉冲全光波长转换的实验研究

基于周期极化反转铌酸锂（PPLN）光波导级联倍频和差频（SHG+DFG）的二阶非线性效应,提出并实验研究了皮秒脉冲的可调谐波长转换以及单信道到双信道的波长转换.信号光采用重复频率为40 GHz,脉宽为1.57 ps的脉冲信号.连续抽运光由光纤环形腔激光器（FRL）提供.不同于传统的SHG+DFG型波长转换,信号光固定在PPLN光波导倍频过程的准相位匹配（QPM）波长处,通过调节抽运光的波长实现了转换空闲光的可调谐输出.当使用两个抽运光时实验观察到了单信道到双信道的波长转换.     

基于周期极化反转铌酸锂光波导高速非归零码到归零码的转换

研究了基于周期极化反转铌酸锂光波导级联二阶非线性效应实现非归零码到归零码高速全光码型转换的新方案，使用的是马赫-曾德尔干涉仪结构.转换原理是非归零码信号光在级联倍频和差频过程中受到的放大作用引起马赫-曾德尔干涉仪的不平衡，进而通过干涉相消产生归零码信号光输出.首先从耦合波方程出发，数值模拟了非归零码到归零码码型转换过程.然后分析了波导长度、光功率、相对时延对消光比的影响并对码型转换进行了优化设计.最后分析了转换带宽，模拟计算表明信号光在90nm的3dB带宽内可调谐，进而可以实现多信道的同时转换.     

基于PPLN光波导和频与差频级联型全光波长转换的研究

介绍了基于准相位匹配周期极化反转铌酸锂光波导的和频与差频(SFG DFG)级联型全光波长转换技术的基本原理.计算了SFG DFG级联型波长转换的转换效率,分析了抽运光功率以及两个抽运光之间的间距对转换效率的影响,抽运光功率越大,转换效率越高;转换效率随着间距的增大先增大后减小.单抽运调节时的抽运带宽为0.5 nm,同时对信号光脉冲还有压缩作用,压缩比是0.68.     

级联二阶非线性铌酸锂全光开关的研制

以基于准位相匹配和频与差频级联二阶非线性[X^(2)：X^(2)]基础上的全光开关的理论分析作指导,进行了周期极化铌酸锂晶体(PPLN)和退火质子交换光波导(APE)的实验制备,利用所研制的PPLN-APE器件,以自行研制的工作波长为1．54μm的被动调Q掺钴铝酸镁激光器作为控制光源,以工作波长为1．5μm的连续二极管激光器为信号光源进行了级联二阶非线性全光开关实验。当控制光峰值功率为3kw,信号光功率为1mW时,实现13％的开关效率,分析了进一步提高全光开关性能的途径。     

基于啁啾周期极化铌酸锂波段可选择光采样研究

对利用啁啾周期极化铌酸锂(CPPLN)波导的和频效应(SFG),实现能覆盖整个C波段和L波段的光采样技术进行了研究。从耦合模方程开始,对转换效率和带宽进行了数值计算和仿真。对传输速率为10 Gb/s的光信号NRZ序列采样,通过软件同步算法恢复采样结果,得到了清晰的眼图和高质量的Q因子。从仿真结果可以看出应用CPPLN波导比周期极化铌酸锂(PPLN)波导具有更宽的带宽,在调谐的抽运光下,可以对C波段和L波段范围内的任何波段进行选择采样,且波段的宽窄可以根据需要,通过调节波导长度和波导啁啾系数进行任意调节。与PPLN波导中的SFG相比,啁啾周期极化铌酸锂(CPPLN)波导的SFG具有更宽的采样带宽、更灵活的波段选择性。