准相位匹配周期极化钼酸钆制备及倍频效应.pdf

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1、第卷第期光学学报年月文章编号准相位匹配周期极化钼酸钆制备及倍频效应袁清习任铁未徐军潘守夔朱永元祝世宁中国科学院上海光学精密机械研究所上海南京大学固体微结构物理国家实验室南京摘要!根据准相位匹配原理对钼酸钆晶体用于准相位匹配倍频过程的周期性畴结构进行了设计当入射基频光为卜时所需的钼酸钆晶体畴结构周期为卜利用外电场极化当外电场为时钼酸钆晶体的畴结构反转时间～卜当外电场脉冲幅值为脉冲延续时间～时在钼酸钆晶体中制备得到了周期畴结构当纳秒激光器输出准连续功率为～的卜激光通过具有周期畴结构的样品时获得了卜的倍频光输出关

2、键词!非线性光学准相位匹配钼酸钆晶体倍频中图分类号文献标识码里温度为在居里温度以下钼酸钆为相引言室温相属正交晶系居里温度以上至自年提出准相位匹配理论为相属单斜晶系以上为相属四方以来制备用于准相位匹配的材料受到了广晶系根据室温相钼酸钆晶体可以实泛的关注准相位匹配技术与传统的双折射相位匹现飞秒激光的倍频输出的特点有可能利用该晶配相比具有许多优点如晶体无需沿特殊方体实现对飞秒激光的准相位匹配倍频输出本文报向切割相位匹配周期可以人为自由设计并且可以道了对室温相钼酸钆晶体用于准相位匹配倍频过程利用非线性系数中较大的对

3、角元素从而获得较高的的周期性畴结构的设计制备过程以及对卜频率转换效率等准相位匹配是通过对材料内部微激光实现倍频的初步结果结构进行调制来实现的其微结构的调制可以通过铁电畴铁弹畴的调制组分或异质结构的调制相周期性畴结构设计结构或结晶学取向的调制也可以通过声光电光和光折变等物理效应来实现调制在倍频过程中由于折射率色散晶体中的基频世纪年代后期具有铁电畴结构的铁电光波与倍频光波的速度不相等在正常色散范围晶体在激光频率转换方面的研究得到了快速发展内频率增高折射率变大故晶体中的二次谐波总跟这方面的研究发展了多种制备周期铁

4、电畴结构的技不上二次极化波的传播结果导致二次谐波强度交术其中以外电场极化法最为实用利用外电场极替升高和减弱倍频光波和基频光波传播中相位差为。的距离称为相干长度利用化技术人们先后在块状和波导外电场极化技术使铁电晶体中自发极化!周期反和中实现了高效准相位匹配倍频和频等非线性过程转可以改变非线性系数的方向从而使二次谐波的在铁电材料中钼酸钆晶体具有低的矫顽场强度增强准相位匹配技术中在光波传播方向上每～这使得该材料可以利用外电场极一相干长度就改变一次自发极化!方向因此非线化技术制备用于准相位匹配的周期性畴结构材料性系

5、数也改变可使二次谐波强度增长最快这种钼酸钆晶体熔点为左右居情况称之为一阶准相位匹配在光传播方向上每三个极化长度距离改变一次自发极化!方向称之为三阶准相位匹配当不同的畴宽度混合时偶数阶准国家自然科学基金资助课题＠相位匹配也可实现例如二阶准相位匹配可以通过收稿日期收到修改稿日期宽度为和的畴的交替来实现通常阶准相期袁清习等准相位匹配周期极化钼酸钆晶体材料制备及倍频效应位匹配需要周期为的周期调制为整数相位匹配所需超晶格周期但有效非线性倍频过程中倍频光与基频光的相位失配系数为系数只有原来的实验采用一阶倒格矢进行计。算

6、当满足相位匹配条件时非线性光学倍丛频晶体的频率转换效率才有可能达到最大此时光栅周期式中为准相位匹配的阶数分别为倍频光。和基频光在真空中的波速所以。。钼酸钆晶体空间群为其二阶非线性系数矩阵"###为。。为基频光的折射率为倍频光的折射率#为光的单位波矢量为基频光在真空中的波长则钼酸钆晶体各轴的二阶电极化强度为为倍频光在真空中的波长是用来调制二次非线性系数的光栅周期采用阶倒格式进行钼酸钆晶体的非线性系数为得卜卜对钼酸钆晶体而言因为较小而和相近根据准相位匹配可以利用晶体最大非线性系数的优点依据上式如果选用进行设计入

7、射基频光应从方向通入而其振动方向应平行于晶体方向如果选用进行设计入射基频光应从方向通入而其振动方向应平行于晶体方向本文选用进行设计和实验入射基频光通光方向如图此时相干长度根据钼酸钆晶体的折射率色散公式实验实验所用晶体为用提拉法生长的钼酸钆晶体晶体经定向切割抛光等过程制得的面薄片在加工过程中端面也同时抛光在面甩上一层光刻胶用根据设计结果制作的模板的单位为卜对卜的入射基频光计算可周期为曝光经显影后得到周期性条卜光学学报卷纹用真空溅射仪在面都镀上一层厚约～直到示波器电流显示项有极化电流信号为止样品卜的铝膜这样与样

8、品面直接接触的铝中有极化电流产生后若再次施加同样的脉冲电压膜就形成了周期性电极面其他部分的铝膜在而样品中无极化电流则表明样品已完全极化将光刻胶上因而和晶体绝缘样品面形成了一个电源的正负极互换后施加同样的脉冲电压可将畴大的面电极制备好周期电极的样品放在高压极化结构反转图是当外加脉冲电场为装置上进行极化所用极化装置示意图见图利脉冲延续时间为几个毫秒时的电压电流曲线图中用计算机和任意波发生器可以任意设置电流的延续时间为