光学超晶格概述

光学超晶格理论学习汇报汇报者：马玉珂11/15/2016主要内容光学超晶格定义非线性材料光学超晶格的发展历史双折射相位匹配理论BPM（birefringentphasematching）准相位匹配理论QPM（Quasiphasematching）多重准相位匹配和耦合参量过程应用光学超晶格定义将微结构引入晶体中，使其正畴和负畴按照一定的方式有序排列引入的微结构可以是周期的，亦可以是准周期或非周期；可以是一维的，也可以是二维的。可以被制成光学超晶格的材料有LiNbO3KTPGaPGaAs，石英晶体等主要用于激光倍频光学超晶格基质材料：光损伤阈值；非线性系数；极化性能非线性材料光学超晶格的发展历史双折射相位匹配理论利用晶体双折射特性，不同的偏振态具有不同折射率，即参与互作用的光波取不同的偏振，从而在某个特定的方向上实现相位匹配。上标e和o代表异常光和寻常光，θ代表传播方向与晶体光轴之间的夹角PeterFranken准相位匹配理论激光频率的转换过程遵守两个守恒定律，一是能量守恒，二是动量守恒。其中动量守恒在非线性光学中称之为相位匹配。以倍频为例，ω为频率，k是波矢量。在QPM中，G是光学超晶格提供的倒格矢。当位相差改变π时，能量的流动方向的正负符号改变一次，相应的作用距离长度正好是谐波的半个消长周期，这个长度我们定义为相干长度。n1为基波相速度；原先产生的谐波有着不同的位相，其相速度n2。因此基波和谐波间的相速度差异带来的位相差决定了两者间能量流动的方向。位相差随相互作用距离增加而增加，于是谐波和基波间能量的流动方向的正负符号随距离呈周期变化，最后表现在谐波强度上也呈周期性变化，BloembergenN.准相位匹配理论多重准相位匹配和耦合参量过程周期超晶格只有一组倒格矢，通常只能高效完成一个光参量过程。而准周期光学超晶格具有多组的倒格矢，能同时高效完成多个光参量过程。以Fibonacci结构与三倍频为例：一维Fibonacci准周期光学超晶格的倒格矢为Gmn;τ

是黄金分割数;lAlB是两个不同单元的厚度;mn是两个整数。多重准相位匹配和耦合参量过程在三倍频的产生中，涉及两个过程：1）倍频；2）倍频和基频的和频。通常方法需要利用两块晶体，第一块用于倍频，而第二块用于和频，并分别满足相位匹配或准相位匹配条件。利用准周期光学超晶格可以将两个过程集成在一块晶体里。因为准周期光学超晶格可以提供两个不同的倒格矢，使倍频与和频过程能同时满足准相位匹配条件.k3是三倍频波矢k2-2k1-G11=0k3-k2-k1-G23=0准相位匹配理论相比双折射相位匹配理论，QPM有若干个优点如下：光学超晶格与超晶格同异性应用周期性极化铌酸锂（PPLN）

PPLN是一种高效的波长转换的非线形晶体，可用于倍频、差频、和频及光学参量振荡和光学参量放大等。PPLN使用寿命较长，Thorlabs和Stratophase已推出成熟的商品。532nmMgO:PPLN绿激光芯片参数规格芯片长度（mm）2.0芯片宽度（mm）~2.1芯片厚度（mm）0.5端面镀镆input：AR@1064nm,HR@532nm;

output：HR@1064nm,HT@532nm.光光转换效率≥30%工作温度20-40℃应用775nmMgO:PPLN激光芯片

MgO:PPLN芯片可实现1550nm倍频转换为775nm光输出参数规格芯片长度（mm）0-40芯片宽度（mm）2.5芯片厚度（mm）