测量晶体参量放大相位匹配角的方法技术

一种测量晶体参量放大相位匹配角的方法，是以入射到晶体内信号光和泵浦光的波长λ测量入射光束波矢与晶体内折射率椭球主轴ｘ、ｙ、ｚ三维方向上的相位匹配角。具体测量步骤是先由波长λ确定折射率ｎ↓［ｘ］、ｎ↓［ｙ］、ｎ↓［ｚ］，然后再确定波矢ｋ，再测量出相位匹配角θ、Φ。再测量晶体增益找到最佳的相位匹配角θ和Φ。用本发明专利技术的测量方法测得的相位匹配角，使得信号光经过非线性晶体后，放大至少十六万倍。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种测量晶体参量放大地相位匹配角的方法。已有技术《激光物理学》上海人民出版社1975年P282～284已有技术作者叶佩弦主编《非线性光学》第二章中国科学技术出版社1998年P30～32上述已有技术中，重点阐明了晶体的倍频作用，以及在这种特殊条件下的相位匹配方式。而且它所测量相位匹配角的方法，又必须以泵浦光Ip、信号光Is和闲置光Ii的偏振状态来确定折射率，然后再确定相位匹配角。这种方法比较复杂。对于单轴晶体来讲，还要考虑正、负性的问题，而且不是针对晶体对光学参量的光功率放大的相位匹配角的测量。实际上，作为非线性参量耦合元件的晶体，对于入射光的光功率放大，其相位匹配角是起到相当重要的作用。本专利技术的目的是为了弥补上述已有技术的不足，提供一种更简便、结果更直观的，获得的相位匹配角度，不仅有数据、有平面图、而且有立体图，能够满足不同的需要。本专利技术中所讲的参量放大主要是对射入到非线性参量耦合元件的晶体内的光功率放大。本专利技术所说的相位匹配角(如图1-1所示)是泵浦光Ip和信号光Is入射到晶体1内，两束光波矢 与晶体的折射率椭球主轴方向的夹角，其中波矢 与主轴Z方向的夹角为θ、与主轴X方向上的夹角为，θ和角称为相位匹配角。泵浦光Ip和信号光Is同时入射到晶体1内，泵浦光Ip对信号光Is产生放大作用，使得出射的信号光Is被放大为Is′，同时产生闲置光II，如图1-2所示。上述的情况只有泵浦光Ip和信号光Is在晶体内的传播方向和偏振方向满足相位匹配条件时，才能发生对信号光Is放大现象。所以这一相位匹配角度，可以说是参量放大获得的关键。当一束泵浦光Ip入射到晶体1内时，经晶体1有Is、Ii两束光输出，如图1-1所示。所要满足的条件可归纳为 也就是说，要有效地产生光学参量放大。就要满足频率关系ωp＝ωs+ωi和位相关系 。其中 为波矢、 (h为普朗克常数)、下标p、s、i分别代表泵浦光、信号光和闲置光。上述的能量守恒可转化为上述的动量守恒可转化为 ，这样在测量过程中少了许多附加量，使得测量方法更简单直接。本专利技术的测量方法是以入射到晶体1内的信号光Is和泵浦光Ip的波长λs、λp，测量入射光束Ip、Is的波矢 与晶体(1)内折射率椭球主轴方向的夹角θ和，此夹角称为相位匹配角。具体测量步骤是<1>首先确定晶体1的参数，主要包括axn、ayn、azn，和入射到晶体1内的信号光Is的波长λs和泵浦光Ip的波长λp。其中a是由晶体1本身的性质所决定的常数，x、y、z表示晶体1内折射率椭球主轴的三维方向，n＝0，1，2，3…n。<2>测定晶体1折射率椭球主轴x、y、z方向上的折射率nx、ny、nz，上述参数满足经验公式(1)、(2)、(3)；<3>依据折射率nx、ny、nz给出波矢 ，其中 为光束在晶体1内传播方向的单位矢量。<4>测量入射到晶体1内信号光Is和泵浦光Ip的波矢 与晶体1内折射率椭球主轴z方向上的夹角θ，称为相位匹配角θ；以及与晶体1内折射率椭球主轴x方向上的夹角，称为相位匹配角。其两相位匹配角θ和满足下列(4)、(5)、(6)式 kx＝|K|cossinθ(4) ky＝|K|sinsinθ(5) kz＝|K|cosθ (6)<5>测量晶体1的增益G，找出最佳相位匹配角θ和。依据晶体1的增益G是随着相位匹配角θ和的变化而改变的函数关系G＝{θ，}，即首先将信号光Is和泵浦光Ip同时按上述所获得的相位匹配角θ和，输进晶体1内。测量出信号光Is经过晶体1被放大后的信号光Is′，当被放大的信号光Is′达到最大时，即增益G达到最大时，此时的相位匹配角θ和为最佳。上述的步骤如图2的流程图所示。所说的晶体1是对入射光有非线性效应的晶体，是双轴晶体，或者是单轴晶体。本专利技术的优点通过上面的介绍，显然可以看出。主要有使用更简便，适用更广泛的两个特点。本专利技术方法的简便性主要表现在省去了以往方法中对偏振这一较敏感条件的要求，可大大简化问题。而实际操作中，对于相位失配 总是有一个宽容程度的。故而，相位失配 可任意设置。这样，更可满足不同条件的不同要求。结果的输出既有准确的数据，又有直观图案，对于实际操作是有益的。本专利技术方法适用于各种对入射光具有非线性效应的晶体，只需换用相应的参数，便可用于任何双轴晶体或单轴晶体。因为单轴晶体是双轴晶体的特例，所以单轴晶体更方便。并且，在单轴晶体中，免去了正、负晶体的复杂性。所以，本专利技术方法是对所有晶体都适用的。又因为上述过程中将晶体的主轴折射率化成函数，所以，本专利技术方法可以适用于所有满足晶体经验公式的波长范围。从这里也可以看出，广泛性在本专利技术方法中得到了充分的体现，能够满足不同的需要。附图说明图1，是晶体参量放大过程的示意图。其中图1-1为泵浦光输入晶体1内波矢 与晶体1折射率椭球主轴z方向和x方向上的夹角θ、的示意图；图1-2为具体参量放大过程，即两束光泵浦光Ip和信号光Is同时输入晶体1内，其输出放大后的信号光Is′和闲置光Ii的示意图。图2，是本专利技术测量方法的流程图。图3，是本专利技术测量方法实施例中所获得的相位匹配角θ、的平面示意图。图4，是本专利技术测量方法实施例中所获得的相位匹配角θ、的立体示意图。下面结合流程图(图2)和实施例，进一步说明本专利技术的测量方法。实施例晶体1取双轴晶体LBO晶体(LiB3O5，三硼酸锂晶体)晶体1长度L＝0.60783mm按照上述步骤及图2所示的流程图。<1>首先确定作为晶体1的LBO晶体的参数axn、ayn、azn，以及输入光的波长，其中泵浦光Ip的波长λp＝532nm，信号光Is的波长λs＝1064nm。n＝0，1，2，3，4，ax0＝2.45410， ，ax2＝-0.014591，ax3＝0，ax4＝-6.60×10-5ay0＝2.539070， ，ay2＝-0.018540，ax3＝0，ax4＝2.00×10-5az0＝2.586179， ，az2＝-0.0117968，az3＝0，az4＝-2.260×10-5<2>测定晶体1内折射率椭球主轴x、y、z方向上的折射率nx、ny、nz。将上述数据代入上述经验公式(1)、(2)、(3)，则对于LBO晶体，上述(1)、(2)、(3)式变成为下列三式<3>根据上述折射率nx、ny、nz，给出波矢 。对于双轴晶体LBO来说，波矢 的公式为其中n为晶体内，波矢 方向(θ、)上的折射率。<4>依据上述(4)、(5)、(6)式和上一步求出的波矢 ，求出相位匹配角θ和。对于单轴晶体上述(7)式与双轴晶体公式相同，可以看作是nx＝ny的特殊形式。<5>测量晶体LBO的最大增益G，找出最佳相位匹配角θ和。依据晶体1对入射信号光Is的增益G与θ和的函数关系，即G＝{θ，}。求出最佳的相位匹配角θ、。其具体的函数关系是首先令则有np′＝{{sin2θ·cos2·α1p+sin2θ·sin2·α2p+cos2θ·α3p+2 ns′＝{{sin2θ·cos2·α1s+sin2θ·sin2·α2s+cos2θ·α3s+2 ni′＝{{si本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量晶体参量放大相位匹配角的方法，其特征在于以入射到晶体（１）内信号光（Ｉ↓［ｓ］）和泵浦光（Ｉ↓［ｐ］）的波长λ↓［ｓ］和λ↓［ｐ］测量入射光束波矢与晶体（１）内折射率椭球主轴方向上的相位匹配角θ和φ，其具体测量步骤是：〈１〉首先 确定晶体（１）的参数包括，ａ↓［ｘｎ］、ａ↓［ｙｎ］、ａ↓［ｚｎ］，其中ａ是由晶体（１）本身性质所决定的常数。ｘ、ｙ、ｚ表示晶体（１）折射率椭球主轴的三维方向，ｎ＝０，１，２，３…；以及射入晶体（１）内的信号光（Ｉ↓［ｓ］）的波长λ↓［ｓ］和泵浦光（Ｉ↓［ｐ］）的波长λ↓［ｐ］；〈２〉测定晶体（１）内折射率椭球主轴ｘ、ｙ、ｚ方向上的折射率ｎ↓［ｘ］、ｎ↓［ｙ］、ｎ↓［ｚ］，上述参数满足经验公式（１）、（２）、（３）；ｎ↓［ｘ］↑［２］＝ａ↓［ｘ０］＋ａ↓［ｘ１］λ＋ａ ↓［ｘ２］λ↑［２］＋ａ↓［ｘ３］λ↑［３］＋……＋ａ↓［ｘｎ］λ↑［ｎ］ （１）ｎ↓［ｙ］↑［２］＝ａ↓［ｙ０］＋ａ↓［ｙ１］λ＋ａ↓［ｙ２］λ↑［２］＋ａ↓［ｙ３］λ↑［３］＋……＋ａ↓［ｙｎ］λ↑［ｎ］ （２）ｎ↓［ｚ］↑［２ ］＝ａ↓［ｚ０］＋ａ↓［ｚ１］λ＋ａ↓［ｚ２］λ↑［２］＋ａ↓［ｚ３］λ↑［３］＋……＋ａ↓［ｚｎ］λ↑［ｎ］ （３）〈３〉依据折射率ｎ↓［ｘ］、ｎ↓［ｙ］、ｎ↓［ｚ］给出波矢＊＝ｎ／λ＊，其中＊为光束在晶体（１）内传播方向的单位矢量； 〈４〉测量入射到晶体（１）内信号光（Ｉ↓［ｓ］）和泵浦光（Ｉ↓［ｐ］）的波矢＊与晶体（１）内折射率椭球主轴ｚ方向上的相位匹配角θ，和与晶体（１）内折射率椭球主轴ｘ方向上的相位匹配角φ，满足式子（４）、（５）、（６）：ｋ↓［ｘ］＝｜ｋ ｜ｃｏｓφｓｉｎθ （４）ｋ↓［ｙ］＝｜ｋ｜ｓｉｎφｓｉｎθ （５）ｋ↓［ｚ］＝｜ｋ｜ｃｏｓθ （６）〈５〉测量晶体（１）的增益Ｇ，找出最佳相位匹配角θ和φ。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：彭家晖，金石琦，冷雨欣，杨晓东，徐至展，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]