自发调制的三维铁电超晶体钽铌酸钾的准相位匹配研究
发布时间：2021-03-21 02:19
非线性变频技术作为激光技术的重要组成部分,利用光学介质在强光场下的非线性极化,可以有效拓展激光波长,满足不同的应用场景对特殊激光波段的需求。在非线性光学过程中,要使得基频激光的能量最大程度地流向极化产生的倍频光,两者之间必须要满足动量守恒,即相位匹配条件。但是非线性光学材料中的色散性质使得基频光波与倍频光波之间存在着相位差,导致相位匹配通常难以实现。双折射相位匹配是一种有效的相位匹配方式,但是该技术对晶体的各向异性和光波的偏振方向要求较高,使很多非线性光学晶体难以实际应用。1962年,N.Bloembergen提出了通过周期性调制晶体内的非线性系数来弥补色散引起的相位失配的准相位匹配（QPM）技术。1987年,E.Yablonovitch和S.John基于光子晶体提出了能实现该过程的材料模型——非线性光子晶体。铁电晶体中通过控制铁电畴的极化方向可以有效调控非线性光线系数,因此该类晶体被视为优秀的非线性光子晶体材料。经过几十年的发展,随着晶体生长与制备技术的成熟,研究人员利用电场和光场极化引起的铁电畴反转,制备了一批具有实用价值的非线性光子晶体,如铌酸锂（LiNbO3,LN）和磷酸钛氧钾...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２?—维准相位匹配的非线性系数分布示意图??介质中的非线性极化系数以Ａ为周期进行调制（图１－２），因此我们可以把??
?山东大学硕士学位论文???同：＇－＇?ＫＪ｜??？?Ｃ？ＭＭ？?Ｗ？ｋ?Ｍｍ??图１－３?—维周期极化的光子晶体在光学领域的应用：（ａ）钽酸锂晶体的倍频??与三倍频激光输出；（ｂ）钽酸锂晶体的三基色激光输出；（ｃ）铌酸锂晶体的量子光??学波导芯片??同时，研宄人员发现通过改变晶体上所镀电极的图样可以把对铁电晶体的周??期极化从一维调制拓展到二维调制，制备拥有二维超晶格结构的非线性光子晶体。??二维超晶格相对一维超晶格有更加复杂多样的空间周期极化结构，可在二维空间??的任意方向上满足准相位匹配条件，其在非线性光学领域有着更加多样灵活的应??用。根据对晶体点阵结构的了解，在铁电晶体上分别调制了斜交、四方、六角、??八角等［９，３６－３８］点阵周期结构，同时还在晶体上制备了环形周期结构Ｐ９－４０］和准??周期结构［４１］等等。随着对铁电晶体上的二维超晶格结构的研究深入，通过利用??其二维空间丰富的准相位匹配模式实现了许多有趣奇异的非线性光学应用（图??１－４），例如散射光参与的圆锥倍频［３７］、非线性Ｔａｌｂｏｔ效应［４２］、非线性Ｃｅｒｅｎｋｏｖ??散射［４３］、双光量子纠缠［４４－４５］等。??８??
?山东大学硕士学位论文???－．一?－?ｒ?？?？?？?？?＞??ｔ?？??？?／?？?＊??？?＊?？??ＩｌＳＨＰｉｉ?ＳＭＭｗｆｍｒ＾?ｒ?ＨＨＨＨＨＨＨＨＨｉ??■?■■??ＨＩＢ?Ｉｎｌｍｌ??图１－４二维非线性光子晶体及其应用：六角周期的二维铁电畴结构及其倒格??矢（ａ）、二维超晶格的非线性Ｔａｌｂｏｔ成像（ｂ）、散射光参与的圆锥倍频光斑图像（ｃ）??以及非线性Ｃｅｒｅｎｋｏｖ散射（ｄ）??（ａ）?（ｂ）??＾Ｂｃｃｏ??图１－５非线性光子晶体制备方法：（ａ）电场极化装置示意图，（ｂ）飞秒激光直??写装置示意图??虽然电场极化技术在对铁电晶体的一维和二维铁电畴调制上有着深入和广??泛的应用，但是该技术却难以实现对铁电畴及其对应的非线性系数的三维空间调??制，因此三维非线性光子晶体难以用这种传统的极化方法制备，需要另寻其它方??法。进入２１世纪以来，随着飞秒激光器的蓬勃发展，并结合不断发展的全光极??化技术［４６－４７］，三维光子晶体终于首先由飞秒激光直写的方法制备成功［４，４８４９］。??飞秒激光直写技术将飞秒激光聚焦到铁电晶体设计调制的区域，由于铁电晶体的??热释电效应，在局部高温下会产生热电场，当热电场大于铁电晶体内部的电畴矫??９??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Nonlinear interaction between broadband single-photon-level coherent states[J]. YUANHUA LI,TONG XIANG,YIYOU NIE,MINGHUANG SANG,XIANFENG CHEN. Photonics Research. 2017(04)
[2]立方相KTa0.67Nb0.33O3晶体的系列相变研究[J]. 张娜娜,潘晓茹,宋明君,王继扬. 人工晶体学报. 2015(09)
[3]利用压电力显微镜研究PMN-30%PT单晶体中铁电畴的结构及其演变（英文）[J]. 戴吉岩,王健新. 物理学进展. 2009(02)
博士论文
[1]钛酸钡钙晶体生长、性质表征及三维准相位匹配性能研究[D]. 徐天翔.山东大学 2018
[2]钽铌酸钾晶体居里温度附近临界特性研究[D]. 姚博.哈尔滨工业大学 2016
[3]铌酸锂、钽酸锂超晶格：制备技术优化及其应用研究[D]. 袁烨.南京大学 2012
本文编号：3092125
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２?—维准相位匹配的非线性系数分布示意图??介质中的非线性极化系数以Ａ为周期进行调制（图１－２），因此我们可以把??
?山东大学硕士学位论文???同：＇－＇?ＫＪ｜??？?Ｃ？ＭＭ？?Ｗ？ｋ?Ｍｍ??图１－３?—维周期极化的光子晶体在光学领域的应用：（ａ）钽酸锂晶体的倍频??与三倍频激光输出；（ｂ）钽酸锂晶体的三基色激光输出；（ｃ）铌酸锂晶体的量子光??学波导芯片??同时，研宄人员发现通过改变晶体上所镀电极的图样可以把对铁电晶体的周??期极化从一维调制拓展到二维调制，制备拥有二维超晶格结构的非线性光子晶体。??二维超晶格相对一维超晶格有更加复杂多样的空间周期极化结构，可在二维空间??的任意方向上满足准相位匹配条件，其在非线性光学领域有着更加多样灵活的应??用。根据对晶体点阵结构的了解，在铁电晶体上分别调制了斜交、四方、六角、??八角等［９，３６－３８］点阵周期结构，同时还在晶体上制备了环形周期结构Ｐ９－４０］和准??周期结构［４１］等等。随着对铁电晶体上的二维超晶格结构的研究深入，通过利用??其二维空间丰富的准相位匹配模式实现了许多有趣奇异的非线性光学应用（图??１－４），例如散射光参与的圆锥倍频［３７］、非线性Ｔａｌｂｏｔ效应［４２］、非线性Ｃｅｒｅｎｋｏｖ??散射［４３］、双光量子纠缠［４４－４５］等。??８??
?山东大学硕士学位论文???－．一?－?ｒ?？?？?？?？?＞??ｔ?？??？?／?？?＊??？?＊?？??ＩｌＳＨＰｉｉ?ＳＭＭｗｆｍｒ＾?ｒ?ＨＨＨＨＨＨＨＨＨｉ??■?■■??ＨＩＢ?Ｉｎｌｍｌ??图１－４二维非线性光子晶体及其应用：六角周期的二维铁电畴结构及其倒格??矢（ａ）、二维超晶格的非线性Ｔａｌｂｏｔ成像（ｂ）、散射光参与的圆锥倍频光斑图像（ｃ）??以及非线性Ｃｅｒｅｎｋｏｖ散射（ｄ）??（ａ）?（ｂ）??＾Ｂｃｃｏ??图１－５非线性光子晶体制备方法：（ａ）电场极化装置示意图，（ｂ）飞秒激光直??写装置示意图??虽然电场极化技术在对铁电晶体的一维和二维铁电畴调制上有着深入和广??泛的应用，但是该技术却难以实现对铁电畴及其对应的非线性系数的三维空间调??制，因此三维非线性光子晶体难以用这种传统的极化方法制备，需要另寻其它方??法。进入２１世纪以来，随着飞秒激光器的蓬勃发展，并结合不断发展的全光极??化技术［４６－４７］，三维光子晶体终于首先由飞秒激光直写的方法制备成功［４，４８４９］。??飞秒激光直写技术将飞秒激光聚焦到铁电晶体设计调制的区域，由于铁电晶体的??热释电效应，在局部高温下会产生热电场，当热电场大于铁电晶体内部的电畴矫??９??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Nonlinear interaction between broadband single-photon-level coherent states[J]. YUANHUA LI,TONG XIANG,YIYOU NIE,MINGHUANG SANG,XIANFENG CHEN. Photonics Research. 2017(04)
[2]立方相KTa0.67Nb0.33O3晶体的系列相变研究[J]. 张娜娜,潘晓茹,宋明君,王继扬. 人工晶体学报. 2015(09)
[3]利用压电力显微镜研究PMN-30%PT单晶体中铁电畴的结构及其演变（英文）[J]. 戴吉岩,王健新. 物理学进展. 2009(02)
博士论文
[1]钛酸钡钙晶体生长、性质表征及三维准相位匹配性能研究[D]. 徐天翔.山东大学 2018
[2]钽铌酸钾晶体居里温度附近临界特性研究[D]. 姚博.哈尔滨工业大学 2016
[3]铌酸锂、钽酸锂超晶格：制备技术优化及其应用研究[D]. 袁烨.南京大学 2012
本文编号：3092125
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