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4张宏敏论文正文
摘要
该文章对非线性光学频率变换技术做了一定的介绍,重点说明非线性光学频率变换技术在准相位匹配,光学晶体等的原理和应用。
体现了非线性光学频率变换技术应用的广泛性和多样性,了解他对现代社会发展的作用和贡献,对他的原理及应用的认识进一步升华。
关键词:
非线性光学频率变换技术;光学晶体;准相位匹配;激光
Abstract
Inthispaper,thenonlinearopticalfrequencyconversiontechnologymadeaintroduction,especiallyonthenonlinearopticalfrequencyconversiontechnologyinthequasiphasematched,principlesandapplicationsofopticalcrystal,etc.Reflectsthenonlinearopticalfrequencyconversiontechnologyapplicationuniversalityanddiversity,tounderstandhisroleandcontributiontothedevelopmentofmodernsociety,theunderstandingoftheprincipleandapplicationofhisfurthersublimation.
Keywords:
Nonlinearopticalfrequencyconversiontechnology;Opticalcrystal;Quasiphasematched;Thelaser
目录
第一章前言1
1.1研究的背景1
1.2线性光学频率变换技术的发展阶段1
1.3非线性光学频率变换技术的意义1
1.4本文研究的主要内容1
二、非线性光学频率变换技术的现有技术3
2.1常见的非线性光学现象3
2.2非线性光学晶体的特性及用途4
2.3准相位匹配(QPM)技术5
2.3.1准相位匹配(QPM)的优点6
三、非线性光学频率变换技术的发展趋势及应用7
3.1非线性光学效应的应用发展趋势7
3.2高次谐波7
3.3准相位匹配(QPM)的应用趋势(以OPO及光脉冲压缩应用为例)8
第四章结束语10
[参考文献]11
谢辞12
第一章前言
1.1研究的背景
非线性光学最开始起源实在十九世纪早期,是在泡克耳斯效应和克尔效应相继被发现的之后开始的。
不过非线性光学发展到如今这样的地位,就可以说是在激光被发明出来才体现的。
激光的发明给人们带来了相干性和非常强的光束。
并且通过这样的光束我们可以找出很多不同的非线性光学效应,所以这样的光束是找出非线性光学效应所不可求少的。
1.2线性光学频率变换技术的发展阶段
就在1961年P.A.弗兰肯这些人最早找到光学二次谐波开始,非线性光学的进步经过了经过了三个不一样的阶段。
最开始是在1961到1965的五年中。
在最开始的是都发现了许多非线性的光学效应。
然后是在1965到1969的五年中。
在这段时间内又出来了不少的没有人知道的效应,还有就是找到了许多更难得方面的开发,并且开发了许多非线性光学元件。
最后的阶段就是1969年到现在。
最后的阶段非线性光学变得越来越完美。
它主要体现在把最开始的固体非线性为就对核心逐渐分散许多精力到各种形态下以及液晶的相应效应的开发;在有起始的二阶效渐渐发展到三阶、四阶等越来越高的效应的发展;通过这些的发展极大地出尽了激光调谐技术还有超短脉冲激光技术进步。
1.3非线性光学频率变换技术的意义
从激光被发现到如今非线性光学频率变换技术就始终被极力的开发,他被重视在于他在科研学术等方面都有着正要的地位,他在而扩展激光波段,发现新的应用领域都有着举足轻重的地位。
最近这些年内以
这些被发明的优质非线性光学晶体和使用这些晶体的非线性光学频率变换技术的极大推广1]。
1.4本文研究的主要内容
文章着重说明非线性光学频率变换技术的应用,一些光学晶体的原理和应用,并进一步的介绍了准相位匹配技术的原理,应用和优点,通过他们的发展和作用了解非线性光学频率变换技术在其他各个方面的应用。
。
二、非线性光学频率变换技术的现有技术
2.1常见的非线性光学现象
1.光学整流。
E2项的拥有会使介质出现恒定极化项,产生不变的极化电荷与电势之间的差距,电势之间的差距会随着光强的增大而增大并且和频率没有关系,就好像交流电通过改变形成直流电。
2.产生高次谐波。
弱小的光通过介质他的频率是不会出现变化的,强烈的光会出现效应,在开始的的频率ω外还会出现高次谐波。
。
它的倍频效应对激光技术做出了的贡献。
3.自聚焦。
介质的折射率通过强大的光照射时会因为光强度的变强而随之涨幅。
激光束的具有高斯分布,光照射的力度在中心位置是非常大的而且在向局部移动式是逐渐变小的,所以说激光束中心位置向外的区域都有不小的折射率,
4光致透明。
在比较小的光的照射下介质吸收的效率与光照射的力度没有什么关系,然而在较强的激光下,介质的吸收效率就会和光的强度有很大的关系,但是不少的透光度很差的戒指在很厉害的光的照射下某吸收效率就会逐渐消失。
发展非线性光学在许多方面是非常重要的,现今非线性光学的发展主要有:
发展和发现没出现过的非线性光学材料就像有机高分子还有有机晶体等。
而且看它们可不可以制作成二波混合、自发振荡和相位反转光放大器等、非线性光学在许多方面都是非常重要的无论是在技术领域还是研究领域。
2.2非线性光学晶体的特性[3]及用途
1.激光频率转换晶体
(1)黄铜矿结构型的晶体
亮点:
非线性光学拥有不小的系数,不足:
晶体的光学质量与体积对能量变换有强烈的干扰性:
使用方面:
参量振荡器件,表现了宽红外波段无规律变换的激光。
(2)磷酸钛氧钾晶体(KTiOPO4)
亮点:
拥有不小的非线性光学参数,倍频系数大,转换效率高,透光波段宽,容易受到腐蚀,在水中非常难化开,可以在高温下很好的应用,非常适合运用光学改型,不足:
比1.μm小的波段无法完成二次阶波实现相位融合,使用方面:
磷酸钛氧钾晶体(KTiOPO4)是近期最完美的非线性光学晶体,是完美的1.064μm与1.32μm激光倍频的原料,光与倍频变换能里,很简单就可以完成相位匹配。
不足非常难的实现比2000A°小的紫外光变换,很难保存储藏。
使用方面:
KDP晶体材很容易的用于光的倍频、和频、差频和混频等,不过大体积、高品质KDP晶体材料则大豆应用在核能发电中核聚变反应器的不可或缺的原料。
(3)钛酸钡(BaTiO3)单晶具有优异的光折变性能,具有高的自泵浦相位共轭反射率和二波混频效率,他在光信息记忆方面有着广阔的发展空间;并且它也重要的衬底基片材料。
(4)铌酸钡钠晶体(Ba2NaNb5O15)
硝酸钡晶体应用于制作是无源光学限制器广泛应用于医疗保健;而且常委非常好的喇曼的变换原料,还有Ba(NO3)2单晶成为Raman的频移部件,很轻易就可以实现Nd:
YAG激光器1.318-1.338μm的输出不安换成1.535-1.556μm的光束,射出光光场均匀性优于泵浦光,峰宽变窄。
(5)偏硼酸钡(β-BaB2O4)和三硼酸锂(LiB3O5)高温相偏硼酸钡晶体为目前国际上唯一紫外双折射原料,对光通讯、集成电路制造等范围拥有非常大的重要性。
LiB3O5,激光通过它,波长从1.064微米完美变换成0.532微米,有非常大的应用范围。
2.3准相位匹配(QPM)技术[4]
准相位匹配技术是非线性晶体的作用获得最大化,它极大地改善了后者的实用性,使非线性光学变换效率后得到了非常大的提高,他已成为这种材料与固体激光器的非常重要的部分,有着无可地带的地位。
。
它是通过“介电体超晶格”来展示的,介电体超晶格就是指:
在这种晶体中插进可与经典波(光波和声波)波长差不多的超周期体系,这种晶体也常叫做光学超晶格等。
生活中我们用超晶格倒格矢来说明超晶格,它的方向垂直于片畴,
大小为分别为正、负畴的厚度
为超晶格的周期,m为整数,
称为初基倒格矢,经过调节超晶格的倒格矢,即调节超晶格的周期,可以弥补由于折射率色散而产生的波矢失配,这就是“准相位匹配”[5]。
多数用于匹配的周期极化晶体有PPLN,PPKTP、PPRTA及PPLT等。
2.3.1准相位匹配(QPM)的优点
(1)可以充分使用晶体的全部透光范围;
(2)可以不产生空间走离;(3)使晶体的非线性系数的得到充分应用;(4)可以完美体现不是临界的相位匹配;(5)使用非常方便,为我们的生活带来了许许多多的方便,使很多方面更加简单。
总体来说,QPM技术完美的亮点就在于非线性转换效率高,它能使日常没有办法完成的相位匹配的晶体可以通过光波段得以实现频率变换,极大地增大了它的实用性,简洁性,让我们能够完成宽波段激光的输出。
三、非线性光学频率变换技术的发展趋势及应用
3.1非线性光学效应的应用发展趋势
通过倍频和混频效应等就可以变幻出相互影响的光辐射,开创了产生新的激光辐射光源的物理途径。
它在许多社会工程技术实践中建立了很完善的应用,现今大家都在通过这样的方法来扩充多样的激光器件发射激光波长的不完整光谱区。
经由晶体中混频,就可以让红外信号频率改变到可见光频率,通过光放大等过程完成对红外信号的检验。
现在经此效应的红外探测器被广泛的使用。
3.2高次谐波
高次谐波辐射是非线性光学中非常重点的一部分,通过谐波辐射我们可以后的得到许多新激光谱线。
现今,因为超短、超强激光技术的发现和推广,给谐波辐射的发展创建了许多便利的条件。
高次谐波的发展有着很大的应用作用,原因在于:
(1)它可以产生高度相干、脉宽非常窄的XUV和x射线源。
现今,高强激光与惰性气体产生的高次谐波进入了“水窗”波段,这样就对于亚细胞结构的显微成像具有很大的推进作用。
(2)它的开发对强场物理的发展有着非常大的激进作用。
因为激光技术的快速进步,人类通过台式激光器,得到的电场强度超乎想象的达到甚至超过原子单位电场强度。
因为这些强场的发现许多的领域都有着非常大的进步。
为了成立和研究新的非微扰理论,我们发展物质在这种极端条件下所产生的许多强场反应。
它的研究是检验强场物理理论合理性的一个必不可少的钥匙,因此,可以说高次谐波研究是深人认识强场物理本质的一个重要手段[3]。
3.3准相位匹配(QPM)的应用趋势(以OPO及光脉冲压缩应用为例)[5]
啁啾周期极化
晶体实现光脉冲压缩在非常快、非常强的激光系统中,主要的原因是有效地控制超短脉冲传输过程中的色散。
传统的色散方法包括光栅对、棱镜对、周期折射率结构的布拉格体光栅、光纤模式色散以及啁啾反射镜等。
根据大家对QPM技术了解的越来越多和周期极化晶体生产设备的完善,研究实验
知道都是人发现啁啾的周期化
晶体chirped-period-poledlithiumniobate,简称(CPPLN)可以作为刚被发现的色散控制技术来展示光脉冲压缩。
研究表明,只要满足它,它就利用一个非常容易的啁啾周期极化晶体啁啾来实现频率转换并且使光脉冲发生变小和增加。
其优点是:
可以提供足够大的GVD对脉冲进行色散控制,这样就实现了除小功率以外的脉冲的解决方法。
第四章结束语
非线性光学频率变换技术自被发现到如今已经大半个世纪了,经过各方人士的不懈发展和研究已经有了非常大的发展,在光学晶体,准相位匹配技术等方面已经具有了质的飞跃,但我们不能否认它还有非常大的发展空间,它的未来无人可以预测,但我们可以说他的未来是光明的,就现在而言他已经在许多领域都有了很大的作用,在一部分领域中已经成为不可否认的核心地位,它为我们科研和社会的发展已经做出了非常大的推进作用,我们会更好更快的发展它。
[参考文献]
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天津大学天津(1995.6)
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[8]张晓玉,高洪涛,王长涛,周崇喜,杜春雷,邢廷文,姚汉民.激波调制光子晶体频率转换效应的研究[J].光电工程,2008,(3).
谢辞
本论文是在大庆师范学院物理与电气信息工程学院曹丰慧老师的悉心指导下完成的。
曹丰慧老师作为一名优秀的、经验丰富的教师,具有丰富的专业知识和辅导经验,在整个论文实验和论文写作过程中,对我进行了耐心的指导和帮助,提出严格要求,引导我不断开阔思路,为我答疑解惑,鼓励我大胆创新,使我在这一段宝贵的时光中,既增长了知识、开阔了视野、锻炼了心态,又培养了良好的实验习惯和科研精神。
在此,我向我的指导老师表示最诚挚的谢意!
在论文即将完成之际,我的心情久久无法平静,从开始选题到顺利论文完成,有不知多少多少可敬的师长、同学、朋友给了我无数的帮助。
感谢物理与电气信息工程学院全体老师给予我丰富的专业知识和各个方面的关心和帮助,感谢合作组员的热心协助。
同时也要感谢全体同学,全寝兄弟。
正是由于你们的帮助和支持,我才能一个一个克服困难、解明疑惑,直至本文顺利完成,在这里请接受我诚挚的谢意!
最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母,谢谢你们!
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