光學(xué)超晶格中多重準(zhǔn)位相匹配技術(shù)的研究.pdf

1、本論文對(duì)基于光學(xué)超晶格的多重準(zhǔn)位相匹配技術(shù)進(jìn)行了理論分析和實(shí)驗(yàn)研究。提出了設(shè)計(jì)光學(xué)超晶格的一種新算法--自調(diào)整算法(Self-Adjusting Method),通過(guò)自調(diào)整算法設(shè)計(jì)出理想的非周期光學(xué)超晶格(AOS)和無(wú)周期光學(xué)超晶格(NOS)結(jié)構(gòu),通過(guò)滿足多重準(zhǔn)位相匹配過(guò)程,實(shí)現(xiàn)任意的二階非線性過(guò)程,且轉(zhuǎn)換效率達(dá)到理論最大值?；谥芷跒?.5μm的周期性極化鈮酸鋰(PPLN),通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了耦合四倍頻效應(yīng)中包含的多重準(zhǔn)位相匹配過(guò)程,分析

2、了耦合模式、偏振模式、匹配階數(shù)對(duì)于四倍頻效應(yīng)轉(zhuǎn)換效率的影響。最后,本文將準(zhǔn)位相匹配原理擴(kuò)展到左手材料,提出了新型的準(zhǔn)位相匹配條件,并分別設(shè)計(jì)了基于左手材料和左手-右手混合材料的超晶格結(jié)構(gòu),以實(shí)現(xiàn)任意的二階非線性過(guò)程。
　　 本論文首先從二階非線性效應(yīng)的耦合波方程出發(fā),分析了耦合三倍頻與耦合四倍頻效應(yīng)中包含的多重準(zhǔn)位相匹配過(guò)程,推導(dǎo)并比較了耦合模式與級(jí)聯(lián)模式下的轉(zhuǎn)換效率,證明了可通過(guò)設(shè)計(jì)光學(xué)超晶格,滿足多重準(zhǔn)位相匹配條件,從而實(shí)現(xiàn)

3、最高效的三倍頻和四倍頻效應(yīng),且得到了一些新的結(jié)論?；谥芷跒?.5μm的PPLN,進(jìn)行了四倍頻效應(yīng)的實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了理論推算的結(jié)果,分析了不同耦合模式、偏振模式、匹配階數(shù)下四倍頻效應(yīng)的轉(zhuǎn)換效率,通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步完善了多重準(zhǔn)位相匹配的理論。
　　 本論文提出了設(shè)計(jì)光學(xué)超晶格的一種新算法--自調(diào)整算法。對(duì)于預(yù)設(shè)的任意非線性光學(xué)過(guò)程,分析了其中的多重準(zhǔn)位相匹配條件,將其等效為多波長(zhǎng)二倍頻過(guò)程,通過(guò)自調(diào)整算法進(jìn)行優(yōu)化。本文設(shè)計(jì)了不同結(jié)構(gòu)的非周

4、期及無(wú)周期光學(xué)超晶格以實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)二倍頻、寬帶倍頻、多波長(zhǎng)耦合三倍頻、多波長(zhǎng)耦合四倍頻等非線性過(guò)程,且討論了溫度、入射角度、疇結(jié)構(gòu)精度等誤差對(duì)轉(zhuǎn)換效率的影響。提出了多重準(zhǔn)位相匹配“理論最高效率和”的概念,以衡量算法的效率與精確度。理論推導(dǎo)與數(shù)值模擬證明,通過(guò)自調(diào)整算法設(shè)計(jì)的光學(xué)超晶格實(shí)現(xiàn)的任意非線性過(guò)程,其轉(zhuǎn)換效率逼近理論最高的轉(zhuǎn)換效率。
　　 本文首次將準(zhǔn)位相匹配理論擴(kuò)展到左手材料,建立了左手材料中的位相匹配模型。為實(shí)現(xiàn)任意波長(zhǎng)