【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于非线性光束整形，更具体地，涉及一种能够同时实现平顶光束和二倍频的非线性光学器件及其制备方法。
技术介绍
1、在惯性约束聚变、生物医学成像、光学捕获和空间碎片清除等应用中需要目标上的均匀辐照。平顶光束具有均匀的强度分布，在线性光学领域已经进行了广泛的研究，而在非线性领域的研究却很少，仍然具有挑战性。
2、非线性光子晶体具有空间变化的二阶非线性光学系数，可通过准相位匹配在频率转换中有效地交换能量。产生非线性平顶光束的相关研究，目前只有1998年，imeshev等人通过光刻技术将铁电晶体铌酸锂中的二阶非线性光学系数调制成横向不均匀周期分布，实现了二次谐波在一个维度上的平顶分布。然而，在传统技术(如电场极化和光刻技术)中，由于缺乏沿深度制备周期性分布的可行方法，二阶非线性光学系数在非线性光子晶体中的调制被局限于两个维度。其中一个维度需用于准相位匹配的频率转换。因此，二维平顶非线性光子晶体在仅剩一维的情况下仍无法实现全波面调制。
技术实现思路
1、本专利技术通过提供一种非线性光学器件及其制备方法，解决现有非线性平顶光束整形技术局限于二维的问题。
2、本专利技术提供一种非线性光学器件的制备方法，包括以下步骤：
3、步骤1、根据泵浦光束的分布特性和准相位匹配机制，设计出具有三维圆锥图案的非线性光子晶体的整形结构；
4、步骤2、基于所述整形结构，利用飞秒激光对铁电晶体进行改性，制备得到具有三维圆锥图案的非线性光子晶体，所述非线性光子晶体
5、所述泵浦光束入射至所述非线性光学器件时，能够产生平顶二次谐波光束，同时实现平顶光束和二倍频。
6、优选的，所述泵浦光束的分布特性满足高斯分布，所述整形结构的外圆直径与所述泵浦光束的外直径相同，构成截断区域中空的三维圆锥图案在不同相互作用长度的位置处对应横截面的内圆中孔的半径是变化的；准相位匹配沿传播方向y轴进行，平顶光束在x轴和z轴两个维度上整形，相互作用长度的函数形式选择如下：
7、
8、式中，l(x,z)是相互作用长度，l0是非线性光子晶体准相位匹配光栅的长度，ωx和ωz分别是具有高斯分布的泵浦光束在x方向和z方向上的束腰半径；a为截断值，a的数值大小对应于内圆中孔的半径。
9、优选的，所述平顶二次谐波光束的二倍频强度表示如下：
10、
11、式中，i2ω(x,z)是二倍频强度，c是铁电晶体的材料常数，i0是高斯光束电场复振幅的幅值的平方。
12、优选的，采用的所述飞秒激光的焦点能量大于聚焦位置的铁电晶体损伤阈值，利用所述飞秒激光在所述铁电晶体的表面或内部产生改性区域。
13、优选的，所述铁电晶体对于所述飞秒激光的波长是透明的。
14、优选的，所述飞秒激光为近红外飞秒激光。
15、优选的，利用所述飞秒激光对所述铁电晶体进行改性时，随加工深度的增加调整所述飞秒激光的脉冲能量，补偿由像差和吸收损耗引起的焦斑畸变，保证制备得到的非线性光子晶体的整体均匀性。
16、优选的，利用所述飞秒激光对所述铁电晶体进行改性，使二阶非线性光学系数在三维空间实现调制；在数百微米长的非线性光子晶体中，非线性转换效率达到10-2数量级；所述平顶二次谐波光束的平整度系数在90％以上。
17、优选的，所述非线性光学器件的制备方法还包括：
18、步骤3、对出射的所述平顶二次谐波光束进行特征测量，基于得到的测量结果验证所述非线性光学器件的性能。
19、另一方面，本专利技术提供一种非线性光学器件，采用上述的非线性光学器件的制备方法制备得到。
20、本专利技术中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
21、本专利技术首先根据泵浦光束的分布特性和准相位匹配机制，设计出具有三维圆锥图案的非线性光子晶体的整形结构；然后基于整形结构，利用飞秒激光对铁电晶体进行改性，制备得到具有三维圆锥图案的非线性光子晶体，该三维非线性光子晶体作为非线性光学器件。泵浦光束入射至制备得到的非线性光学器件时，能够产生平顶二次谐波光束，同时实现平顶光束和二倍频。即本专利技术制备得到了一种能够同时实现平顶光束和二倍频的非线性光学器件，该器件出射的二倍频波面的平顶截断可在相互垂直的坐标方向上分别进行灵活调整。该器件可以使非线性平顶光束整形技术从二维扩展到三维，能同时实现有效的全波面平顶分布和非线性频率转换。本专利技术为生成非线性平顶光束提供了一种方便实用的产生方式，并对其他波面分布的非线性光束提供借鉴。对促进未来在光学操纵、光通信和超分辨率成像方面的发展具有积极意义。
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1.一种非线性光学器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的非线性光学器件的制备方法，其特征在于，所述泵浦光束的分布特性满足高斯分布，所述整形结构的外圆直径与所述泵浦光束的外直径相同，构成截断区域中空的三维圆锥图案在不同相互作用长度的位置处对应横截面的内圆中孔的半径是变化的；准相位匹配沿传播方向y轴进行，平顶光束在x轴和z轴两个维度上整形，相互作用长度的函数形式选择如下：
3.根据权利要求2所述的非线性光学器件的制备方法，其特征在于，所述平顶二次谐波光束的二倍频强度表示如下：
4.根据权利要求1所述的非线性光学器件的制备方法，其特征在于，采用的所述飞秒激光的焦点能量大于聚焦位置的铁电晶体损伤阈值，利用所述飞秒激光在所述铁电晶体的表面或内部产生改性区域。
5.根据权利要求1所述的非线性光学器件的制备方法，其特征在于，所述铁电晶体对于所述飞秒激光的波长是透明的。
6.根据权利要求1所述的非线性光学器件的制备方法，其特征在于，所述飞秒激光为近红外飞秒激光。
7.根据权利要求1所述的非线性光
8.根据权利要求1所述的非线性光学器件的制备方法，其特征在于，利用所述飞秒激光对所述铁电晶体进行改性，使二阶非线性光学系数在三维空间实现调制；在数百微米长的非线性光子晶体中，非线性转换效率达到10-2数量级；所述平顶二次谐波光束的平整度系数在90％以上。
9.根据权利要求1所述的非线性光学器件的制备方法，其特征在于，还包括：
10.一种非线性光学器件，其特征在于，采用如权利要求1-9中任一项所述的非线性光学器件的制备方法制备得到。
...【技术特征摘要】
1.一种非线性光学器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的非线性光学器件的制备方法，其特征在于，所述泵浦光束的分布特性满足高斯分布，所述整形结构的外圆直径与所述泵浦光束的外直径相同，构成截断区域中空的三维圆锥图案在不同相互作用长度的位置处对应横截面的内圆中孔的半径是变化的；准相位匹配沿传播方向y轴进行，平顶光束在x轴和z轴两个维度上整形，相互作用长度的函数形式选择如下：
3.根据权利要求2所述的非线性光学器件的制备方法，其特征在于，所述平顶二次谐波光束的二倍频强度表示如下：
4.根据权利要求1所述的非线性光学器件的制备方法，其特征在于，采用的所述飞秒激光的焦点能量大于聚焦位置的铁电晶体损伤阈值，利用所述飞秒激光在所述铁电晶体的表面或内部产生改性区域。
5.根据权利要求1所述的非线性光学器件的制备方法，其特征在于，所述铁电晶体对于所述飞秒激光的波...
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