本文關(guān)鍵詞：基于周期極化晶體的1560nm激光SHG和THG及OPO研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：二階非線性光學(xué)效應(yīng)對人類認(rèn)識(shí)和應(yīng)用激光起到了重要的作用。作為擴(kuò)充激光波長范圍的實(shí)用技術(shù),基于二階非線性光學(xué)效應(yīng)的倍頻、和頻以及光學(xué)參量振蕩在紫外、可見光和中紅外等波段均有著出色的表現(xiàn)。當(dāng)前光纖通信市場發(fā)展迅猛,光纖通信波段各類激光器件性能優(yōu)良且輸出功率較高。1560nm激光位于光纖通訊C波段,是光纖傳輸?shù)牡蛽p耗窗口。依托1560nm光纖放大器作為基波光源,我們依次開展了二次諧波產(chǎn)生、三次諧波產(chǎn)生以及參量下轉(zhuǎn)換三方面的相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究。由于780nm波段對應(yīng)于銣原子D2躍遷線,在銣原子的冷卻和操控以及銣原子觸發(fā)式單光子源產(chǎn)生方面有著重要應(yīng)用,中高功率1560nm光纖放大器經(jīng)非線性倍頻直接獲得的780nm激光,光束質(zhì)量好而且轉(zhuǎn)化效率高,是服務(wù)上述應(yīng)用的理想方案之一；進(jìn)一步經(jīng)非線性和頻所得520nm三次諧波激光,同樣具有上述優(yōu)點(diǎn),在激光顯影、生物醫(yī)學(xué)、以及量子光學(xué)等等方面有著重要的應(yīng)用前景；經(jīng)光參量振蕩過程生成的1560nm和780nm下轉(zhuǎn)換場在光纖傳輸以及銣原子存儲(chǔ)中有著特殊的地位。比如,以銣原子作為量子信息的存儲(chǔ)單元,而以1560nm激光作為長距離信息傳輸過程中量子通道的載體,這種具有量子糾纏特性的雙色波長組合在未來長程量子通訊中將展示巨大的潛力。本論文集中于光學(xué)二階非線性效應(yīng),結(jié)合近年來發(fā)展成熟的非線性周期極化晶體,以光纖通信波段1560nm激光做為基波光源,經(jīng)過合理的理論分析和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),分別以單次穿過晶體和腔諧振倍頻方式獲得了780nm倍頻激光,通過單共振和頻方式獲得520nm和頻激光以及雙共振光參量振蕩生成1560和780nm雙色下轉(zhuǎn)換光場。本論文的研究內(nèi)容主要包括以下幾方面：1)利用光通訊C波段種子光放大系統(tǒng)(1560nm外腔反饋式半導(dǎo)體激光器做種子源,摻鉺光纖放大器做激光功率放大),結(jié)合新型準(zhǔn)位相匹配摻氧化鎂周期極化鈮酸鋰晶體(MgO:PPLN)作為非線性媒介。分別經(jīng)過單次穿過倍頻和外腔諧振倍頻方式,實(shí)現(xiàn)了對應(yīng)于銣原子D2躍遷線的高光束質(zhì)量的780nm倍頻激光輸出,已在實(shí)驗(yàn)中用于光通訊波段的激光頻率校準(zhǔn)；2)分析了塊狀MgO:PPLN晶體的光學(xué)非均勻性。從塊狀MgO:PPLN晶體的溫度調(diào)諧曲線入手,對于實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的偏離理想相位匹配的sinc2曲線的現(xiàn)象,采用晶體沿光傳播方向折射率分區(qū)均勻的思想,獲得了和實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合的理論擬合結(jié)果；3)推導(dǎo)了單共振和頻光生成理論,采用非線性光學(xué)頻率鏈,將1560nm基波光源分別歷經(jīng)倍頻、和頻過程,在1560nm激光往返兩次穿過PPKTP晶體,780nm倍頻光與腔單共振的和頻方式下,最終獲得高光束質(zhì)量的單頻520nm綠光；4)結(jié)合新型高效非線性周期極化磷酸氧鈦鉀(PPKTP)晶體,采用分離式雙共振光參量振蕩器(DROPO)獲得高轉(zhuǎn)換效率且可大范圍波長調(diào)諧的下轉(zhuǎn)換雙色光場(信號(hào)光1.5μm,閑置光0.78μm)。通過調(diào)諧PPKTP晶體溫度,對于信號(hào)光的波長粗調(diào)范圍為～44nm,閑置光為～11 nm;采用室溫下自然分度比例混合的銣原子氣室做頻率標(biāo)定,通過連續(xù)調(diào)諧1560nm基波種子激光頻率,可以實(shí)現(xiàn)閑置光(780.2nm)至少1.6GHz的頻率調(diào)諧范圍。該系統(tǒng)有潛力應(yīng)用于銣原子作為量子存儲(chǔ)(對應(yīng)780nm),光纖作為量子信道(1560nm)的遠(yuǎn)程量子信息傳輸裝置。上述工作的創(chuàng)新之處有以下幾點(diǎn)：1)采用單次穿過晶體倍頻和外腔諧振倍頻方式獲得高光束質(zhì)量、高輸出功率的780nm激光,在1小時(shí)監(jiān)視時(shí)間內(nèi),功率方均根起伏優(yōu)于1.3%：2)提出了周期極化摻氧化鎂鈮酸鋰晶體(MgO:PPLN)沿光傳播方向的光學(xué)非均勻性的假設(shè),并采用理論擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法進(jìn)行驗(yàn)證。3)周期極化PPKTP晶體結(jié)合單共振和頻的方式,實(shí)現(xiàn)了1560nm三次諧波520nm單頻激光。4)利用和頻所得的520nm單頻激光作為泵浦激光,經(jīng)高效率PPKTP雙共振光學(xué)參量振蕩器(DROPO)實(shí)現(xiàn)了1560nm和780nm雙色下轉(zhuǎn)換光場。
【關(guān)鍵詞】：倍頻 和頻 參量振蕩 光纖通信波段1560nm激光 周期極化晶體 Rb原子D_2線
【學(xué)位授予單位】：山西大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN24
【目錄】：

• 中文摘要8-11
• ABSTRACT11-16
• 第一章 緒論16-34
• 1.1 引言16-17
• 1.2 非線性光學(xué)的研究現(xiàn)狀17-18
• 1.3 非線性光學(xué)的理論基礎(chǔ)18-26
• 1.3.1 二階非線性極化18-20
• 1.3.2 二階極化率20-23
• 1.3.3 非線性介質(zhì)中的耦合波方程23-26
• 1.4 相位匹配26-30
• 1.5 論文內(nèi)容與結(jié)構(gòu)安排30
• 1.6 本章參考文獻(xiàn)30-34
• 第二章 1560nm倍頻780nm單頻激光的實(shí)現(xiàn)34-64
• 2.1 引言34-35
• 2.2 單次穿過PPLN和PPKTP晶體倍頻35-45
• 2.3 單次穿過MgO：PPLN晶體的倍頻45-52
• 2.3.1 MgO：PPLN晶體的光學(xué)非均勻性45-49
• 2.3.2 單次(雙次)穿過MgO：PPLN級聯(lián)晶體倍頻49-52
• 2.4 外腔諧振倍頻52-58
• 2.5 本章小結(jié)58
• 2.6 本章參考文獻(xiàn)58-64
• 第三章 單共振和頻產(chǎn)生1560nm三次諧波520nm單頻激光64-80
• 3.1 引言64-66
• 3.2 單共振和頻理論計(jì)算66-69
• 3.3 520nm單頻激光的實(shí)現(xiàn)69-74
• 3.4 本章小結(jié)74
• 3.5 本章參考文獻(xiàn)74-80
• 第四章 520nm激光泵浦的1560nm+780nm雙共振光參量振蕩器80-100
• 4.1 引言80-82
• 4.2 理論分析82-91
• 4.2.1 雙共振光參量振蕩(DROPO)的閾值82-86
• 4.2.2 閡值以上DROPO信號(hào)光和閑置光的輸出功率86-87
• 4.2.3 DROPO下轉(zhuǎn)換光場的調(diào)諧87-91
• 4.3 實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)結(jié)果91-95
• 4.4 本章小結(jié)95
• 4.5 本章參考文獻(xiàn)95-100
• 第五章 總結(jié)與展望100-102
• 攻讀學(xué)位期間取得的研究成果102-104
• 致謝104-105
• 個(gè)人簡況及聯(lián)系方式105-106
• 承諾書106-107

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