一种光学三倍频增强器制造技术

本发明专利技术公开一种光学三倍频增强器，包括：基频激光器、聚焦透镜以及硅光子晶体平板。基频激光器用于输出基频激光，作为三倍频激光信号的泵浦源；聚焦透镜位于基频激光器的后侧，用于对基频激光进行聚焦，使其聚焦在硅光子晶体平板上；硅光子晶体平板带有周期性规则分布的孔状结构，使得聚焦在硅光子晶体平板的基频激光产生谐振效应，以对基频激光的三倍频增强，得到三倍频激光信号。本发明专利技术利用硅光子晶体平板的谐振效应，在微纳尺寸内提升激光与硅材料的相互作用，实现了三倍频的增强。本发明专利技术的硅光子晶体平板相较于非线性晶体尺寸小，有利于集成光学的应用；硅光子晶体平板利用谐振效应可以增强局域电磁场，使非线性响应得到有效提高。

An Optical Triple Frequency Enhancer

【技术实现步骤摘要】
一种光学三倍频增强器
本专利技术涉及非线性光学
，更具体地，涉及一种光学三倍频增强器。
技术介绍
光学三倍频是非线性光学中的一个重要现象，它在众多领域中都有应用。已有的非线性晶体材料尺寸大，不利于集成化的应用，而且由于材料色散而存在相位失配等问题。非线性光学发展至今，小型化与集成化的非线性光学器件得到了迅猛发展。利用微纳结构中的谐振效应增强局域电磁场，可以提升光与物质的相互作用，增强非线性效应。这种方法降低了对泵浦光功率的需求，提升了非线性效率；其次微纳结构还有利于非线性器件的小型化。对于厚度很薄的微纳结构，泵浦光与谐波间的相位匹配条件不再苛刻，可忽略不计。如今比较常用的微纳结构是金属微纳结构，它利用表面等离子体激元谐振，可以增强局域电磁场，实现非线性增强，但是金属材料的吸收损耗高与损伤阈值低等缺陷也限制了非线性转化效率的提升。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于解决现有光学三倍频增强器由于金属材料的吸收损耗高与损伤阈值低等缺陷也限制了非线性转化效率的技术问题。为实现上述目的，本专利技术提供一种光学三倍频增强器，包括：基频激光器、聚焦透镜以及硅光子晶体平板；所述基频激光器用于输出基频激光，作为三倍频激光信号的泵浦源；所述聚焦透镜位于基频激光器的后侧，用于对基频激光进行聚焦，使其聚焦在硅光子晶体平板上；所述硅光子晶体平板带有周期性规则分布的孔状结构，使得聚焦在硅光子晶体平板的基频激光产生谐振效应，以对所述基频激光的三倍频增强，得到三倍频激光信号。可选地，所述硅光子晶体平板中规则分布的孔状结构对硅光子晶体平板的折射率进行周期性调制，从而在硅光子晶体平板中形成光子带隙，使得基频激光在硅光子晶体平板中产生谐振效应，输出对基频激光三倍频增强的激光；所述孔状结构的孔径越小，所述谐振效应对应的激光的谐振波长越长。可选地，该光学三倍频增强器还包括：红外长波通滤光片和可见光带通滤光片；所述红外长波通滤光片位于基频激光器和聚焦透镜之间，用于滤除基频激光中的可见光成分；所述可见光带通滤光片位于硅光子晶体平板的后侧，用于滤除三倍频激光信号中的基频激光。可选地，该光学三倍频增强器还包括：二分之一波片和格兰泰勒偏振器；所述二分之一波片位于基频激光器后侧，用于调节基频激光的偏振方向；所述格兰泰勒偏振器位于二分之一波片和红外长波通滤光片之间，用于使预设偏振方向的光通过，配合二分之一波片使用，调节基频激光的光功率。可选地，该光学三倍频增强器还包括：收集透镜和光谱仪；所述收集透镜位于硅光子晶体平板和可见光带通滤光片之间，用于收集硅光子晶体平板增强后的三倍频激光信号；所述光谱仪位于可见光带通滤光片的后侧，用于记录三倍频激光信号。可选地，所述硅光子晶体平板可通过SOI制备，所述SOI结构中从下至上包括：硅衬底、二氧化硅掩埋层以及顶层硅，所述规则分布的孔状结构通过对顶层硅刻蚀得到。可选地，所述规则分布的孔状结构为圆形孔，所述圆形孔分行分列排布，行间距和列间距相同。可选地，所述圆形孔的半径为70nm-105nm，圆形孔的深度为200nm-300nm，圆孔的分布周期为750nm-1000nm，所述分布周期等于行间距或列间距。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：(1)本专利技术提供的光纤三倍频增强器，其利用硅光子晶体平板的谐振效应，可以将光约束在微纳量级的空间中，增强局域光能量，提升光与物质的相互作用。根据实验结果，相较于相同厚度的无结构硅平板，硅光子晶体平板可以实现三倍频信号两个数量级的提升。三倍频功率最高可达32nW，最高转化效率为2.1×10-6。(2)本专利技术提供的光纤三倍频增强器，在该设计中，硅光子晶体平板的厚度(220nm)即光与物质相互作用距离，小于基频激光的波长(1984nm)，可以不考虑基频激光与三倍频激光的相位匹配作用。(3)本专利技术提供的光纤三倍频增强器，其中硅光子晶体平板的尺寸小，更有利于集成光学中的应用。附图说明图1为本专利技术提供的光学三倍频增强器的结构示意图；图2为本专利技术提供的硅光子晶体平板样品的示意图；图3为本专利技术提供的硅光子晶体平板与无结构硅平板中的三倍频信号强度对比图；图4为本专利技术提供的硅光子晶体平板产生的三倍频功率值随泵浦功率变化情况示意图；图5为本专利技术提供的硅光子晶体平板的三倍频转化效率随泵浦功率变化情况示意图；在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中，1为基频激光器、2为二分之一波片、3为格兰泰勒偏振器、4为红外长波通滤光片、5为聚焦透镜、6为硅光子晶体平板、7为收集透镜、8为可见光带通滤光片、9为光谱仪、6-1为硅衬底、6-2为二氧化硅掩埋层、6-3为光子晶体平板结构。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。针对现有技术的以上缺陷或改进需求，为了减小非线性光学器件的尺寸和提高非线性转化效率，特提出了利用硅光子晶体平板结构实现小尺寸、高效的光学三倍频增强器。本专利技术设计了一种高转化效率的光学三倍频增强器，它依次包括基频激光器、二分之一波片、格兰泰勒偏振器、红外长波通滤光片、聚焦透镜、硅光子晶体平板、收集透镜、可见光带通滤光片、光谱仪。所述基频激光器可以输出高功率的脉冲激光，作为三倍频的泵浦源。所述二分之一波片和格兰泰勒偏振器可以对基频激光的强度进行调节，使激光功率适用于本实验的使用范围。所述红外长波通滤光片可以滤除基频激光中的可见光成分，避免其对实验结果的干扰。所述聚焦透镜将基频激光聚焦在硅光子晶体平板上。所述硅光子晶体平板可以产生谐振效应，在局部区域内增强电磁场强度，提升激光与硅的相互作用，产生更多的三倍频信号。所述收集透镜用于将散射的三倍频信号收集。所述可见光带通滤光片可以滤除收集信号中的泵浦激光，避免其对实验结果的影响。所述光谱仪用于记录三倍频信号。优选的，硅光子晶体平板结构以绝缘体上硅为基片制作而成，硅在近红外波段，对比金属材料，具有吸收损耗低、损伤阈值高、非线性效应强和兼容CMOS工艺的优点，而且光子晶体平板结构可以产生谐振效应，增强局域电磁场，提升激光与硅的相互作用。优选的，硅光子晶体平板的小孔半径r＝70nm-105nm，深度d＝200nm-300nm，周期p＝750nm-1000nm。优选的，将基频激光的波长对准硅光子晶体平板的谐振波长，以实现更好的实验效果。优选的，所用光谱仪为可见光波段光谱仪，工作波段为345nm-1100nm。图1为本专利技术实施例提供的一种高转化效率的光学三倍频增强器的示意图，它包括：基频激光器1、二分之一波片2、格兰泰勒偏振器3、红外长波通滤光片4、聚焦透镜5、硅光子晶体平板6、收集透镜7、可见光带通滤光片8以及光谱仪9。基频激光器1可以输出高功率的脉冲激光，作为三倍频的泵浦源。利用二分之一波片2和格兰泰勒偏振器3可以对脉冲激光的强度进行调节，使激光功率降低到本实验的使用范围内。然后激光通过红外长波通滤光片4，滤除基频激光中的可见光成分，避免其对实验结果的干扰。经过滤波后的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学三倍频增强器，其特征在于，包括：基频激光器、聚焦透镜以及硅光子晶体平板；所述基频激光器用于输出基频激光，作为三倍频激光信号的泵浦源；所述聚焦透镜位于基频激光器的后侧，用于对基频激光进行聚焦，使其聚焦在硅光子晶体平板上；所述硅光子晶体平板带有周期性规则分布的孔状结构，使得聚焦在硅光子晶体平板的基频激光产生谐振效应，以对所述基频激光的三倍频增强，得到三倍频激光信号。

【技术特征摘要】
1.一种光学三倍频增强器，其特征在于，包括：基频激光器、聚焦透镜以及硅光子晶体平板；所述基频激光器用于输出基频激光，作为三倍频激光信号的泵浦源；所述聚焦透镜位于基频激光器的后侧，用于对基频激光进行聚焦，使其聚焦在硅光子晶体平板上；所述硅光子晶体平板带有周期性规则分布的孔状结构，使得聚焦在硅光子晶体平板的基频激光产生谐振效应，以对所述基频激光的三倍频增强，得到三倍频激光信号。2.根据权利要求1所述的光学三倍频增强器，其特征在于，所述硅光子晶体平板中规则分布的孔状结构对硅光子晶体平板的折射率进行周期性调制，从而在硅光子晶体平板中形成光子带隙，使得基频激光在硅光子晶体平板中产生谐振效应，输出对基频激光三倍频增强的激光；所述孔状结构的孔径越小，所述谐振效应对应的激光的谐振波长越长。3.根据权利要求1或2所述的光学三倍频增强器，其特征在于，还包括：红外长波通滤光片和可见光带通滤光片；所述红外长波通滤光片位于基频激光器和聚焦透镜之间，用于滤除基频激光中的可见光成分；所述可见光带通滤光片位于硅光子晶体平板的后侧，用于滤除三倍频激光信号中的基频激光。4.根据权利要求3所述的光学三倍频增强器，其特征在于，还包...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪毅，班国训，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42