CN1595274A - 实现LiNbO3晶体畴反转的方法 - Google Patents

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姜本学
赵志伟
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徐军
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Abstract

一种实现LiNbO3晶体畴反转的方法，该非线性光学晶体的周期性畴反转结构是沿LiNbO3的极化方向(001)，在两束超强超快激光相互干涉形成干涉条纹下制成的。该非线性光学晶体周期性畴结构的制备方法是：先用分波片将超强超快激光分成两束激光，通过调节激光束的入射角来改变干涉条纹之间的间距，从而找到合适的周期长度。在超强超快激光辐照下，实现畴的周期性反转。本发明的制备工艺简单，易于操作，尺寸准确，可以实现纳米量级的畴反转。此种结构的非线性光学晶体适于高能量的倍频激光输出。

Description

实现LiNbO3晶体畴反转的方法
技术领域
本发明涉及LiNbO3晶体畴反转，特别是一种实现LiNbO3晶体畴反转的方法。该晶体的周期性畴反转可用于激光的倍频输出。
背景技术
1962年Bloembergen等人提出准相位匹配(Quasi phase matching)理论：通过晶体的非线性极化率的周期性调制来弥补由于折射率色散造成的基波和谐波之间的位相失配，已获得非线性光学效应的增强。用微结构材料代替均匀材料，用QPM实现激光倍频转换效应的增强，在技术上具有很大的吸引力。准相位匹配较之双折射相位匹配有一系列优点：
首先由于使用者控制着周期性，它可以选用某一周期来匹配希望的非线性相互作用；
第二，无需使用正交光束偏振，这意味着非线性系数不再局限于非对称d张量元素；
第三，准相位匹配为临界相位匹配，不存在正交极化传播光束的双折射感应离散；
第四，还可以在周期极化晶体上设置多种光栅间距，可以改变晶体的温度实现简单的调谐。
目前实现周期性畴反转的方法有：电子束扫描、离子扩散和外电场诱导等方式。它们的缺点都不能实现微区的周期性相位匹配，仅能在微米量级以上，并且准确度不是很高。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术的缺点，提供一种用实现LiNbO3晶体周期性畴反转的方法。该方法不仅可以实现微区周期性相位匹配，而且准确度很高。
本发明的用于实现LiNbO3晶体畴反转的方法实际上是在LiNbO3单晶沿[001]方向上，通过两束超强超快激光相互做干涉形成的干涉条纹的强电场下实现极化反转，从而形成准相位匹配。
本发明的技术解决方案是：
一种实现LiNbO3晶体畴反转的方法，其特征是步骤如下：
①先将LiNbO3晶体沿极化方向(001)方向抛光；
②将超强超快激光用分波片分成两束激光；
③通过调节两束激光干涉条纹之间的间距，从而找到合适的周期长度；
④在超强超快激光的辐照下，实现畴的周期性反转。
所述的超强超快激光为800nm，钛宝石120fs，200kHz激光，通过10倍透镜聚焦成30-60mW的能量密度。
所用的LiNbO3晶体是经过单畴化处理过的。
所述的超强超快激光辐照的时间为15-30分钟。
所述的晶体退火温度为870+20℃。
本发明实现LiNbO3单晶畴反转方法与先前的实现准相位匹配的方法相比，可以实现纳米量级的微区畴反转，操作方便、精密度较高、便于实现自动控制等优点。
附图说明
图1是本发明实现LiNbO3晶体畴反转的方法所使用的超强超快激光系统之一的示意图。
具体实施方式
图1是本发明实现LiNbO3单晶周期性畴反转的方法所使用的超强超快激光系统之一的示意图。实用于本发明的超强超快激光系统是多种多样的，但不是本发明的内容，请恕我在此不赘述。利用超强超快激光实现周期性畴反转的机理为：首先将脉宽为120fs，波长为800nm，频率为200kHz的钛宝石激光通过分光镜，分成两束激光，然后利用10倍透镜聚焦成10J/cm2的能量密度聚光。通过条两束光之间的入射夹角，调整干涉条纹的宽度。利用干涉条纹的强激光形成的电场，极化LiNbO3单晶，从而实现周期性畴反转。
本发明利用超强超快激光实现LiNbO3单晶周期性畴反转的具体工艺流程如下：
<1>先将LiNbO3单晶进行定向，垂直于[001]的方向切成一定厚度的样品，抛光，光洁度大于III级，然后进行退火；
<2>将脉宽为120fs、波长为800nm和频率为200kHz的钛宝石激光通过分光镜，分成两束激光，然后利用10倍透镜以约38mW的能量密度聚光，辐照15-30分钟。
所述的晶体退火温度为870±20℃。

Claims (5)

1.一种实现LiNbO3晶体畴反转的方法，其特征是步骤如下：
①先将LiNbO3晶体沿极化方向(001)方向抛光，然后退火；
②将超强超快激光用分波片分成两束激光；
③通过调节两束激光干涉条纹之间的间距，从而找到合适的周期长度；
④在超强超快激光的辐照下，实现畴的周期性反转。
2.根据权利要求1所述的LiNbO3晶体畴反转的方法，其特征是所述的超强超快激光为800nm，钛宝石120fs，200kHz激光，通过10倍透镜聚焦成30-60mW的能量密度。
3.根据权利要求1所述的LiNbO3晶体畴反转的方法，其特征在于它所用的LiNbO3晶体是经过单畴化处理过的。
4.根据权利要求1所述的LiNbO3晶体畴反转的方法，其特征在于所述的超强超快激光辐照的时间为15-30分钟。
5、根据权利要求1所述的LiNbO3晶体畴反转的方法，其特征在于所述的晶体退火温度为870±20℃。
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