[发明专利]一种二阶非线性晶体的差频过程获取宽带光辐射的方法

说明书

本发明公开了一种二阶非线性晶体的差频过程获取宽带光辐射的方法，属于产生宽带光辐射领域。根据所需辐射光的最短波长和最长波长分别计算非线性晶体的起始周期和终止周期；将非线性晶体的一端周期设置为起始周期，其另一端周期设置为终止周期；且沿着非线性晶体的一端到另一端，非线性晶体的极化周期变化率为正或负；将泵浦光和信号光入射到二阶非线性晶体中，通过差频过程获取光辐射；泵浦光和信号光具有相同的重复频率；泵浦光的频率等于信号光和闲频光的频率之和；本发明采用啁啾周期方法获取的准相位匹配二阶非线性晶体的增益带宽范围，可以通过极化周期范围来控制，且在不用调谐的情况下，可以基于差频过程获得带宽更宽的中红外光源。

技术领域

本发明属于产生宽带光辐射领域，更具体地，涉及一种二阶非线性晶体的差频过程获取宽带光辐射的方法。

背景技术

一般把2微米-20微米的光谱区域称为中红外光谱区域。因为有大量的化学分子在中红外区域存在吸收峰，中红外区域也称为分子指纹区。中红外光源在气体检测，生物医疗，危险物品的非接触性检测，国防安全等等方面有着广泛的应用。中红外光源的获得是现在研究的一个热门课题，常见的方法包括量子级联激光器，光参量振荡器，差频产生等等。但是量子级联激光器产生的中红外光源带宽很窄，并且价格昂贵；光参量振荡器需要复杂的谐振腔结构；通过差频产生过程来获取中红外光源，既可以获得很宽的光谱带宽，又没有复杂的谐振腔结构。差频产生过程是现在最常用的获得中红外光源的方法。

差频产生(difference frequency generation，简称DFG)利用的是二阶非线性效应，该过程有两束入射激光：短波长的激光称为泵浦光，长波长的激光称为信号光，两束光在非线性晶体中由于二阶非线性效应的作用信号光会被放大，同时产生波长更长的新光束，称之为闲频光；泵浦光，信号光和闲频光满足能量守恒关系，泵浦光的频率等于信号光和闲频光的频率之和；因此，差频产生可以用于拓展激光辐射的输出波段，产生宽带的激光辐射；

差频产生没有谐振腔，没有阈值，是一种极其简单的波长转换方式。一般差频产生采用的非线性晶体是周期性极化的非线性晶体，例如：[F.C.Cruz,et al.“Mid-infraredoptical frequency combs based on difference frequency generation formolecular spectroscopy.”Optics express 23,20(2015)]，但是周期性极化的非线性晶体具有非常有限的相位匹配带宽，很难获取一个高瞬时带宽的中红外光源，并且获取的中红外波段一般需要通过调谐的方式才能获得非常宽广的带宽，这种光源的使用相对复杂。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种二阶非线性晶体的差频过程获取宽带光辐射的方法，旨在解决现有的为了获取较宽带宽，采用差频产生获取的中红外波段需要调谐导致光源使用复杂的问题。

为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种二阶非线性晶体的差频过程获取宽带光辐射的方法，包括：

(1)根据所需辐射光的带宽和中心波长，选择泵浦光和信号光带宽及中心波长；

且根据所需辐射光的最短波长和最长波长分别计算非线性晶体的起始周期和终止周期；

起始周期和终止周期具体通过公式Λ＝1/(n_p/λ_p-n_s/λ_s-n_i/λ_i)计算；

其中Λ代表准相位匹配对应的极化周期，n代表折射率，λ代表波长，下标p，s，i分别代表泵浦光、信号光和闲频光；

(2)将非线性晶体的一端周期设置为起始周期，其另一端周期设置为终止周期；且沿着非线性晶体的一端到另一端，非线性晶体的极化周期变化率为正或负；