[发明专利]一种增加中红外差频转换带宽的方法

说明书

技术领域

本发明属于激光器技术领域，具体涉及一种增加中红外差频转换带宽的方法。

背景技术

中红外差频激光具有较宽的波长调谐范围(3微米-5微米)，在激光光谱学、中红外光谱区痕量气体检测等领域有着较为广泛的应用，对此现有技术文献中已经有相关的论述，如[1、Masashi Abe，Yoshiki Nishida，Osamu Tadanaga，Akio Tokura，Hirokazu Takenouchi，Optics Letter，2016 41 1380-1383]、[2、M.Vainio，L.Halonen，Physical Chemistry Chemical Physics，2012 00 1-3]。但是，在利用准相位匹配技术产生中红外差频激光时，要求所使用的非线性晶体要具有较大的接受带宽。针对这一问题，国内外提出了很多解决方案，如相位调制方案，参见文献[Baihong Li，Yonggang Xu，Haifei Zhu，Fukun Lin，Yongfang Li，Physical Review A，2015 91，023827]，啁啾结构方案，参见文献[C.R.Phillips，B.W.Mayer，L.Gallmann，M.M.Fejer，U.Keller，Optics Express，2014 22 9627-9658]，温度渐变方案，参见文献[Jianhua Chang，Zhenbo Yang，Qing Sun，OPTIK，2015 126 1123-1127]等方法都着眼于拓展中红外差频带宽。

然而上述几种方法中存在的主要问题是波长的转换带宽的拓展与带宽的平坦性仍然不能得到统一的解决，即带宽在变大的同时，顶部却会变的不平坦。

经过对现有技术文献的检索发现，利用周期极化晶体的色散特性和准相位匹配技术能得到可调谐高效宽带差频光转换，而非周期极化晶体突破了周期极化晶体对于周期性的限制，可以灵活高效地提供多个倒格矢，同时实现多个准位相匹配过程。但现有技术文献中还没有发现利用准相位匹配原理，通过提供大量倒格矢以满足准相位匹配过程的非周期极化晶体，来实现较大的转换带宽和较好平坦性的尝试。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种增加中红外差频转换带宽的方法，该方法中所使用的非周期极化晶体的最优结构通过遗传算法计算得出，可在群速度匹配点附近提高差频光转换带宽且保持较好的平坦性。本发明从准相位匹配技术和群速度匹配原理出发，利用非周期极化晶体，旨在得到更宽且平坦的差频光转换带宽。

为实现上述目的，本发明提出的技术方案为一种增加中红外差频转换带宽的方法，使用的晶体的材料是5mol％掺氧化镁的铌酸锂晶体，该晶体具有非周期结构，可在满足准相位匹配的条件下，在群速度匹配点附近实现较大且顶部较为平坦的宽带，晶体形状呈长方体结构，使用时光束的入射方向与极化方向垂直，且沿着光束的入射方向被极化为长度相等的单元畴。

进一步，上述单元畴的极化方向可选择向上或向下。

连续几个方向相同的单元畴组成一个正畴或负畴。

该晶体的最优结构由遗传算法计算得出。

作为优选，上述光束为平面光束。

作为优选，上述晶体通过室温下电场极化技术制备。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1，本发明从群速度匹配技术和准相位匹配技术出发，通过遗传算法计算得出最优的非周期极化晶体结构，得到较宽且较平坦的准相位匹配带宽。

2，本发明通过群速度匹配技术和优化后的非周期极化晶体，可实现较大且平坦的差频光转换带宽，以固定信号光时的差频为例，在0型(e+e→e)和I型(o+o→e)准相位作用下利用设计的非周期极化铌酸锂晶体实现了796纳米和747纳米的带宽，相对于周期结构分别增加了513纳米440纳米纳米。

附图说明

图1是5mol％掺氧化镁铌酸锂晶体群速度矢谐量及极化周期与波长关系曲线图。

图2是利用周期极化晶体得到的归一化差频转化效率。

图3是通过遗传算法计算得到的近似最优的5mol％掺氧化镁非周期极化铌酸锂晶体结构示意图。

图4是优化后的5mol％掺氧化镁非周期极化铌酸锂晶体在0型准相位匹配下的归一化差频光转化效率。

图5是优化后的5mol％掺氧化镁非周期极化铌酸锂晶体在I型准相位匹配下的归一化差频光转化效率。

具体实施方式