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光纤激光泵浦的光学参量振荡研究 1

2012-11-05 00:02
汉水狂客
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  准相位匹配的基本原理如下:由参量增益的表达式(2.14)知,当存在相位失配时,参量转换效率随晶体长度的增加呈周期性变化。为了获得较高的参量转换效率,晶体长度应小于等于相干长度lc=π/(λp-λs-λt),相干长度定义为lc=。若晶体长度大于相干长度,能量会从参量光返回到泵浦光,引起转换效率的下降。能量转化的方向是由介质的非线性极化方向决定的,如果每隔一个相干长度,晶体非线性极化方向发生180°的变化,即极化方向相反,可保证能量一直从泵浦光向参量光方向转化,从而获得高的转换效率图4。

  图4  准相位匹配示意图

  具有周期极化方向反转特性的晶体称为周期极化晶体。周期极化的过程相当于对晶体的自发极化方向进行了周期性调制,形成了一维超晶格结构,因此引入了一系列倒格矢Kg。晶体的超晶格波矢Kg参与泵浦光与参量光的波矢匹配过程,使原来无法实现的相位匹配过程得以实现。通过改变晶体的周期大小可以满足不同的相位匹配条件,从而实现参量波长的周期调谐。

  这种准位相匹配技术早在20世纪60年代就已经提出,但由于周期极化反转结构制备工艺上的困难,一直发展缓慢。随着上世纪90年代中后期多种制备周期性反转结构工艺技术上的突破,准相位匹配技术获得了高速发展,现在已成为非线性光学频率变换方面的重要发展方向之一。

  准相位匹配相比其他匹配方式有很多优点:

  ① 理论上,在晶体的整个通光范围内都能实现△k=0。

  ② 可避免空间离散效应。准相位匹配没有晶体双折射特性的限制,也就是没有波矢方向和偏振方向的限制,消除了空间离散效应,从而允许采用较长晶体,获得较高的频率转换效率。

  ③ 允许利用晶体的最大非线性极化系数。

  ④ 允许非临界相位匹配。某些晶体例如KTP晶体,只能临界相位匹配,不能非临界相位匹配。采用准相位匹配后,KTP晶体也能非临界相位匹配。

  ⑤ 允许采用非线性极化系数大的晶体。

  ⑥ 高的频率转换效率。

  ⑦ 调谐方便。如果在非线性晶体中设计制备出不同极化周期的畴结构,通过改变极化周期、通光方向和晶体温度就能十分方便地实现光波长的连续调谐。

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