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     

非临界相位匹配KTP光学参量振荡器的研究

对电光调Q(Ce,Nd):YAG激光抽运内腔非临界相位匹配(NCPM)光参量振荡器(IOPO)进行了实验研究,实验发现IOPO输出光波长为532 nm、632 nm、1 064 nm、1 100 nm和1 571 nm 5种。OPO输出镜对信号光反射率较大时,信号光出现多脉冲,可以通过控制信号光反射率,使信号光为单脉冲。信号光能量随着抽运能量增加到一定值后出现饱和。     

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。     

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.     

离子交换KTP晶体光波导及其各向异性波导性能研究

采用离子交换法制备了Ｒｂ：ＫＴＰ晶体光波导，在不同波长的耦合光下测量了ＴＥ和ＴＭ偏振波导模式的有效折射率，拟合了波导层折射率的余误差函数分布，证明了波导折射率增量的各向异性，给出了其色散关系；最后计算并讨论了Ｒｂ：ＫＴＰ波导的扩散特性。     

低阈值温度调谐PPMgLN红外光参量振荡

研究了温度调谐下周期极化镁掺杂铌酸锂晶体的红外光参量振荡特性。采用外电场短脉冲极化技术,在大小为7.0mm×50.0mm×1.0mm的Z切高镁掺杂(摩尔分数0.05)铌酸锂上制备出了准相位匹配光学微结构器件,极化周期为30.0μm。以输出波长为1064nm的声光调QNd:YAG固体激光器作为基频泵浦光开展了光参量振荡研究。实验表明:泵浦该PPMgLN晶体,实现了室温下低阈值红外光参量振荡产生,阈值功率仅为45mW(重复频率1kHz)。在泵浦输入功率为225mW时,有36mW信号光输出,转换效率达到16.0%,通过调谐晶体温度(20~180℃),获得了调谐范围为1503~1550nm波段的OPO信号光,实现了低阈值可调谐红外光的稳定输出。     

PPKTP晶体参量缩小过程产生振幅压缩光

我们用准相位匹配PPKTP (periodically poled KTiOPO4)晶体，通过光学参量振荡阈值以下的简并双共振参量缩小过程--注入基频光共振，泵浦光双次穿过晶体，在12mW泵浦功率和6mW的1064nm注入信号光功率时，在1.5MHz频率处，得到了70μW、2dB的连续明亮正交振幅压缩光。这一装置的优点是易于将腔锁定在注入光的频率上，进而有利于非线性过程的长期稳定运转，同时输出场的平均值不为零--明亮压缩光，有利于压缩光的实际应用。和传统双折射相位匹配晶体的同样实验装置相比较，我们的特点是很低的泵浦功率(约低一个数量级)，因此，有利于该实验装置的实用化。此外，由于在我们实验中输出耦合镜的透射率仅2%，所以我们可以通过增大透射率，进而提高压缩度，以达到实际应用的要求。同时，据我们所知，我们的压缩度是目前用准相位匹配晶体产生连续压缩光的报道中压缩度最高的。     

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.     

周期极化LiNbO3晶体中电极布置对反转畴扩张的影响

利用外加电场极化的方法,分别研究了三种不同方式布置的极化电极对C向切割LiNbO3晶体极化反转畴扩张的影响.实验结果表明在相同极化条件下,当极化电极长度方向与六边形反转畴一对边呈90°和0°角时,极化扩张速度分别为0.089μm/ms和0.011μm/ms.实验结果揭示,为了有效地控制极化占空比,在制备一维准相位匹配LiNbO3晶体时应避免极化电极与六边形反转畴壁中一对边呈90°的情况.     

1560nm激光经PPLN和PPKTP晶体准相位匹配倍频研究

将1560nm光栅反馈复合腔半导体激光器产生的连续激光注入掺铒光纤放大器,放大至约5 W,分别采用周期极化铌酸锂(PPLN)和周期极化磷酸氧钛钾(PPKTP)晶体单次穿过进行准相位匹配倍频,对应获得约336mW和210mW的780nm激光输出,倍频效率约为7%和4.4%。通过监视倍频光纵模,显示其具有良好的单频输出特性。此外,还扫描测得了Rb原子D2线的吸收光谱,表明780nm激光的频率调谐范围大于10GHz。采用无调制偏振光谱技术将1560nm半导体激光器频率锁定至87 Rb 5S1/2(Fg=2)-5P3/2(Fe=3)超精细跃迁线上。相对于自由运转450s内1560nm激光频率起伏约4MHz,锁定后可将残余频率起伏压低至1.5MHz左右。     

The Fabrication and SHG Test of QPM Periodically Poled KTiOPO4

The Quasi-phase-matching periodically poled flux-grown KTP by high electrical field method is researched. A 8×5×1mm3, Λ=9.0μm PPKTP wafer is successfully fabricated for the first order QPM SHG. The interactive length of the sample is about 3mm. The SHG scheme of Nd:YAG at 1064nm tested that the output power of cw 532nm green light is 0.2mw at room temperature with fundamental power of 1.2w. The normalized conversion efficiency is about 0.09% (W·cm)-1.     

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％。     

低阈值单谐振周期极化掺镁铌酸锂光参量振荡器

对基于周期极化掺镬铌酸锂晶体的信号光单谐振光学参量振荡器的输出特性进行了实验研究.讨论了光学参量振荡器谐振腔的腔长、周期极化铌酸锂晶体的通光长度、输出镜的透过率以及抽运光的脉冲宽度对光学参量振荡器谐振阈值的影响.光学参量振荡器的抽运源采用输出波长为1 064 nm的声光调Q Nd:YVO_4激光器,在重复频率为2 kHz、周期极化掺镁铌酸锂晶体的温度为30℃的条件下,光学参量振荡器的振荡阈值仅为48 mW.当抽运功率为94 mW时获得了25 mW的信号光输出,其光-光转换效率为26.6%.     

低阈值单谐振周期极化掺镁铌酸锂光参量振荡器

对基于周期极化掺镁铌酸锂晶体的信号光单谐振光学参量振荡器的输出特性进行了实验研究.讨论了光学参量振荡器谐振腔的腔长、周期极化铌酸锂晶体的通光长度、输出镜的透过率以及抽运光的脉冲宽度对光学参量振荡器谐振阈值的影响.光学参量振荡器的抽运源采用输出波长为1 064 nm的声光调Q Nd∶YVO4激光器,在重复频率为2 kHz、周期极化掺镁铌酸锂晶体的温度为30 ℃的条件下,光学参量振荡器的振荡阈值仅为48 mW.当抽运功率为94 mW时获得了25 mW的信号光输出,其光-光转换效率为26.6%.     

KTiOPO4晶体的太赫兹光学声子振荡特性研究

采用超快半导体光电导开关的宽带太赫兹时域频谱系统,研究了 KTiOPO4 晶体在0.5～2.0THz波段的光学声子振荡特性;在晶体z轴平行于THz波电场振动方向时发现了明显的吸收峰.利用晶体中晶格振动模式（光学声子）对光谱的选择性吸收特性和多洛仑兹振子伪谐振介电模型,很好地拟合了KTP晶体的复介电常量曲线,得到了对应晶格弱振动的光学声子的频谱参量值.研究结果表明,位于ω1 /2π=1.76 THz的吸收峰是KTP晶体中沿z轴排列的K+相对于PO4和TiO6晶格振动造成的光学外振动模.同时也说明THz波对于晶格弱振动非常敏感,对于微弱的光学声子吸收峰的频谱分析更加精准.     

Transmission of 4× 40/10 Gbps in a WDM-PON using NRZ-DQPSK/ASK modulation

In this paper we demonstrate the feasibility to deploy a wavelength division multiplexing passive optical network (WDM-PON) of a 30 km standard single-mode fiber (SSMF-28) carrying 160 Gbps data in downstream and 40 Gbps through the uplink. The developed method is based on the comparison between two WDM-PON systems of 4 channels with the same characteristics, using two different formats of modulation in OLTs. The first system uses the NRZ-ASK in the downlink direction, while the second uses the NRZ-DQPSK.     

Spectroscopic properties of Fe ions at tetragonal sites—Crystal field effects and microscopic modeling of spin Hamiltonian parameters for Fe (S=2) ions in K2FeF4 and K2ZnF4

Magnetic and spectroscopic properties of the planar antiferromagnet K₂FeF₄ are determined by the Fe²⁺ ions at tetragonal sites. The two-dimensional easy-plane anisotropy exhibited by K₂FeF₄ is due to the zero field splitting (ZFS) terms arising from the orbital singlet ground state of Fe²⁺ ions with the spin S=2. To provide insight into the single-ion magnetic anisotropy of K₂FeF₄, the crystal field theory and the microscopic spin Hamiltonian (MSH) approach based on the tensor method is adopted. Survey of available experimental data on the crystal field energy levels and free-ion parameters for Fe²⁺ ions in K₂FeF₄ and related compounds is carried out to provide input for microscopic modeling of the ZFS parameters and the Zeeman electronic ones. The ZFS parameters are expressed in the extended Stevens notation and include contributions up to the fourth-order using as perturbation the spin-orbit and electronic spin-spin couplings within the tetragonal crystal field states of the ground ⁵D multiplet. Modeling of the ZFS parameters and the Zeeman electronic ones is carried out. Variation of these parameters is studied taking into account reasonable ranges of the microscopic ones, i.e. the spin-orbit and spin-spin coupling constants, and the energy level splittings, suitable for Fe²⁺ ions in K₂FeF₄ and Fe²⁺:K₂ZnF₄. Conversions between the ZFS parameters in the extended Stevens notation and the conventional ones are considered to enable comparison with the data of others. Comparative analysis of the MSH formulas derived earlier and our more complete ones indicates the importance of terms omitted earlier as well as the fourth-order ZFS parameters and the spin-spin coupling related contributions. The results may be useful also for Fe²⁺ ions at axial symmetry sites in related systems, i.e. Fe:K₂MnF₄, Rb₂Co_1−xFe_xF₄, Fe²⁺:Rb₂CrCl₄, and Fe²⁺:Rb₂ZnCl₄.