[发明专利]一种在光学超晶格中同时实现激光倍频和线聚集的方法

权利要求书

1.一种在光学超晶格中同时实现激光倍频和线聚集的方法，具体包括以下步骤：

(1)在超晶格中设计上下两部分周期相同的倾斜的畴结构，且以晶体通光方向为轴成对称分布；

(2)当基波垂直入射超晶格中，所述超晶格的上半部分会产生向下弯折的激光倍频波，下半部分会产生向上弯折的激光倍频波，且上半部分产生的激光倍频波和下半部分产生的激光倍频波的弯折角度相同，强度相同；这样在上半部分和下半部分的交叠区域就会产生类似于轴棱锥的线聚焦干涉图样；

(3)激光进入超晶格后，超晶格的畴结构提供的倒格矢可以补偿基波和激光倍频波之间的波矢失配，从而形成波矢匹配的三角形。

2.根据权利要求1所述的在光学超晶格中同时实现激光倍频和线聚集的方法，其特征在于，所述步骤(3)中构成的波矢匹配的三角形，采用K₁和K₂分别表示基波和激光倍频波的波矢，G表示超晶格的畴结构提供的倒格矢，基波的波矢K₁和激光倍频波的波矢K₂与倒格矢G三者在准相位匹配的条件下形成一个闭合三角形。

3.根据权利要求2所述的在光学超晶格中同时实现激光倍频和线聚集的方法，其特征在于，所述基波的传播方向和超晶格内激光倍频波传播方向、超晶格外激光倍频波传播方向所形成的夹角分别为α和θ。

4.根据权利要求3所述的在光学超晶格中同时实现激光倍频和线聚集的方法，其特征在于，所述超晶格的畴结构的倾斜方向与超晶格畴结构提供的倒格矢G的方向垂直，所述超晶格的畴结构的倾斜方向与基波所形成的夹角为β。

5.根据权利要求4所述的在光学超晶格中同时实现激光倍频和线聚集的方法，其特征在于，所述超晶格的畴结构的倾斜方向和水平方向的周期分别为Λ₁和Λ₂，倒矢格G与基波的波矢K₁和激光倍频波的波矢K₂的关系式为：

周期Λ₁与G的关系式为：Λ₁＝2π/G；

周期Λ₁与周期Λ₂的关系式为：Λ₂＝Λ₁/sinβ；

而畴结构的倾斜方向与基波所形成的夹角为β与倒矢格G和基波的波矢K₁和激光倍频波的波矢K₂的关系式为：

β+π/2＝arccos((4K₁²+G²-K₂²)/4K₁G)；

其中n₂sinα＝n₁sinθ，θ的大小由入射基波的半径和线聚集长度可以得到；n₁，n₂分别为激光倍频波在空气中和光学超晶格中的折射率。

6.根据权利要求1-5任一项所述的在光学超晶格中同时实现激光倍频和线聚集的方法，其特征在于，所述超晶格的材料为三方晶系的畸变钙钛矿结构材料或正交晶系的非线性光学晶体材料。

7.根据权利要求6所述的在光学超晶格中同时实现激光倍频和线聚集的方法，其特征在于，所述三方晶系的畸变钙钛矿结构材料为铌酸锂或钽酸锂，所述正交晶系的非线性光学晶体材料为磷酸钛氧钾。

8.根据权利要求7所述的在光学超晶格中同时实现激光倍频和线聚集的方法，其特征在于，所述基波的波长为1.064μm；当所述超晶格的材料为铌酸锂时，匹配温度为150℃。