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有关周期极化微结构超短脉冲倍频的理论和实验研究

更新日期:2012-05-05 | 点击: 次 | 一键收藏本文

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专业名称: 光学

论文级别: 博士

学位年度: 2009

中文摘要: 自激光诞生以来,激光的非线性频率转换技术一直就是人们研究的热点,基于周期极化晶体的准相位匹配技术是拓宽激光可调谐波长的最常用、最有效的方法之一。准相位匹配倍频(Quasi-phase Matching-Second HarmonicGeneration,简称QPM-SHG)技术在光子学微结构晶体材料和波导材料中得到了广泛的应用,尤其近年来采用微结构波导QPM-SHG实现超短脉冲光纤光源的方案,表现出巨大的发展应用前景。 飞秒激光以其超短超强特性,在许多方面得到了广泛应用,尤其是与显微技术的结合,开创了激光微细加工的新时代。将飞秒激光聚焦到透明介电材料表面下一定深度,在光束焦点空间内材料对飞秒脉冲的非线性吸收会导致材料结构变化,从而引起局部折射率的变化。在合适的加工参量条件下,移动样品内激光焦点的位置就可以方便地刻写出三维光波导。飞秒激光刻写三维波导结构的工艺简单,被公认为是一种新兴、高效的波导制作技术。 本文结合课题组承担的基金项目以及实验室条件,主要在超短脉冲的频率变换和飞秒激光微细加工铁电晶体光波导方面进行了较深入的研究,主要内容如下: 1.准相位匹配倍频和KTP晶体畴反转工艺的研...

目录:

周期极化微结构超短脉冲倍频的理论和实验研究

摘要 4-7
Abstract 7-9
目录 10-14
第一章 绪论 14-33
第一节 准相位匹配技术及其发展现状 14-21
1.1.1 准相位匹配技术 14-16
1.1.2 准相位匹配技术的研究进展 16-18
1.1.3 QPM-SHG技术发展现状及趋势 18-21
1.1.3.1 微结构体材料的QPM-SHG 18-19
1.1.3.2 微结构波导的QPM-SHG 19-20
1.1.3.3 微结构波导光纤光源的QPM-SHG 20-21
第二节 飞秒激光微细加工光波导的研究进展 21-31
1.2.1 超短脉冲激光技术的发展 21-24
1.2.2 飞秒激光微细加工技术的特征优势 24-25
1.2.3 飞秒激光微细加工光波导的研究进展 25-27
1.2.4 飞秒激光制作铁电晶体微结构光波导的研究进展及趋势 27-31
第三节 论文的主要研究内容和章节安排 31-33
第二章 周期极化晶体倍频的理论和实验研究 33-72
第一节 引言 33
第二节 周期极化晶体倍频的理论 33-45
2.2.1 三波耦合波动方程 33-35
2.2.2 准相位匹配二次谐波产生 35-38
2.2.3 准相位匹配的调谐与容差特性 38-45
2.2.3.1 极化反转周期的调谐与容差特性 39-41
2.2.3.2 温度的调谐与容差特性 41-43
2.2.3.3 波长的调谐与容差特性 43-45
第三节 周期极化畴反转KTP晶体的制备 45-59
2.3.1 铁电晶体的极化 45-48
2.3.1.1 自发极化与居里温度 45-46
2.3.1.2 铁电畴与电滞回线 46-47
2.3.1.3 铁电晶体的极化过程 47-48
2.3.2 KTP晶体的性质 48-49
2.3.3 KTP晶体的极化反转 49-59
2.3.3.1 KTP晶体的极化特性 49-52
2.3.3.2 极化反转的电极结构 52-53
2.3.3.3 KTP晶体的极化反转 53-54
2.3.3.4 极化过程的实时监控 54-58
2.3.3.5 极化样品的质量评价 58-59
第四节 实验结果及分析 59-70
2.4.1 1550nm波段光纤光源倍频研究 59-66
2.4.1.1 连续光纤激光器的倍频实验 59-64
2.4.1.2 锁模光纤激光器的倍频实验 64-66
2.4.2 Nd:YAG激光的高功率倍频实验 66-70
第五节 本章小结 70-72
第三章 超短脉冲激光在准相位匹配晶体中的传输特性 72-101
第一节 引言 72
第二节 晶体的群速性质和光学非线性效应 72-77
3.2.1 晶体的群速性质 72-75
3.2.2 光学非线性效应 75-77
3.2.2.1 自聚焦 75-76
3.2.2.2 自相位调制 76-77
第三节 超短脉冲激光在准相位匹配晶体中传输的时域和频域特性 77-89
3.3.1 计算模型和数值方法 77-82
3.3.1.1 计算模型 77-79
3.3.1.2 数值方法 79-82
3.3.2 超短脉冲倍频的时域和频域特性 82-89
3.3.2.1 群速度失配和群速度色散的影响 82-84
3.3.2.2 自相位调制的影响 84-86
3.3.2.3 脉冲时域和频域特性 86-89
第四节 超短脉冲倍频转换效率的影响因素 89-96
3.4.1 相位失配限制 89-92
3.4.2 波矢失配对转换效率的影响 92-93
3.4.3 入射激光功率密度对转换效率的影响 93-96
第五节 自聚焦效应对脉冲时空分布的影响 96-99
第六节 本章小结 99-101
第四章 飞秒激光与透明介质相互作用的理论和实验研究 101-121
第一节 引言 101-102
第二节 飞秒激光与透明介质相互作用的机理 102-112
4.2.1 飞秒激光诱导透明介质的光电离 102-105
4.2.1.1 非线性光电离 102-103
4.2.1.2 雪崩电离 103-105
4.2.2 飞秒激光诱导等离子体产生 105
4.2.3 飞秒脉冲在透明介质中的自聚焦效应 105-108
4.2.4 激光诱导材料光损伤 108-112
第三节 飞秒激光刻写 LN晶体光波导的实验研究 112-119
4.3.1 飞秒激光系统 112-114
4.3.2 飞秒激光刻写LN光波导及其性能 114-119
4.3.2.1 激光加工参量对刻写通道性能的影响 114-117
4.3.2.2 通道传输特性的测量及分析 117-119
4.3.2.3 分析与讨论 119
第四节 本章小结 119-121
第五章 飞秒激光刻写周期极化晶体光波导倍频实验研究 121-134
第一节 引言 121-122
第二节 飞秒激光刻写 PPLN晶体光波导 122-130
5.2.1 PPLN晶体的制备 122-123
5.2.2 飞秒激光刻写 PPLN光波导在1550nm波段主动锁模光纤激光倍频 123-126
5.2.3 飞秒激光刻写 PPLN光波导在1550nm波段的OPA飞秒激光倍频 126-130
第三节 飞秒激光刻写 PPKTP晶体光波导 130-133
5.3.1 倍频实验装置 130-131
5.3.2 实验结果与分析 131-133
第四节 本章小结 133-134
第六章 总结与展望 134-137
参考文献 137-150
致谢 150-151
个人简历 151
在学期间发表的学术论文与研究成果 151-153
攻读博士学位期间参加的科研项目 153


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