CN209070257U - 非傍轴自加速倍频光束调控装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种非傍轴自加速倍频光束调控装置，应用于光学技术领域。该装置包括：电场单元、准相位匹配单元和滤波单元。该电场单元与该准相位匹配单元电性相连。该准相位匹配单元还设置在该滤波单元的前端。该装置可提高光束调控的灵活性。
Description
技术领域
本实用新型涉及光学技术领域，尤其涉及一种非傍轴自加速倍频光束调控装置。
背景技术
随着近年来科学技术的快速发展，自加速光束以无衍射和自加速等特点而应用于光学微操控领域。其中，非傍轴自加速光束因其可突破传统自加速光束的傍轴限制，在扩宽自加速光束应用和光器件的微型化方面发挥重要作用。目前的非傍轴自加速光束通常通过改变传播介质的方式来改变偏振状态和强度，但这是一种被动的调控方式，从而存在灵活性不够的问题。
实用新型内容
本实用新型实施例的主要目的在于提供一种非傍轴自加速倍频光束调控装置，可提高光束调控的灵活性。
本实用新型实施例提供了一种非傍轴自加速倍频光束调控装置，所述装置包括：电场单元、准相位匹配单元和滤波单元；所述电场单元与所述准相位匹配单元电性相连；所述准相位匹配单元还设置在所述滤波单元的前端。
从上述实施例可知，通过准相位匹配单元根据准相位匹配条件将高斯状基频光束转变为非傍轴自加速倍频光束，并通过电场单元加载电场给准相位匹配单元，调整准相位匹配条件，从而调控出射的非傍轴自加速倍频光束的偏振状态和强度，而不是通过改变传播介质来对光束进行调控，提高了光束调控的灵活性。
附图说明
图1是本实用新型提供的实施例中的非傍轴自加速倍频光束调控装置的结构示意图；
图2是本实用新型提供的实施例中的准相位匹配单元的极化图样示意图；
图3是本实用新型提供的实施例中的光强分布图；
图4是本实用新型提供的实施例中的非傍轴自加速倍频光束调控装置的应用示意图。
具体实施方式
为使得本实用新型的实用新型目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而非全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
参见图1，图1是本实用新型提供的实施例中的非傍轴自加速倍频光束调控装置的结构示意图。该装置包括：电场单元101、准相位匹配单元102和滤波单元103。电场单元101与准相位匹配单元102电性相连。准相位匹配单元102还设置在滤波单元103的前端。
具体的，电场单元101用于加载电场给准相位匹配单元102，以使准相位匹配单元102内部产生线性电光效应。其中，线性电光效应是指通过电场单元101加载电场而引起准相位匹配单元102的折射率发生变化的现象。准相位匹配单元102用于根据准相位匹配条件将来自光源的基频光束转换为非傍轴自加速倍频光束，并利用线性电光效应调整准相位匹配条件，以调控非傍轴自加速倍频光束的偏振状态和强度，并将调控后的非傍轴自加速倍频光束透射给滤波单元103。
其中，在准相位匹配单元102中实现倍频效应须令相互作用的光波在准相位匹配单元102中传输时满足准相位匹配条件。其中，准相位匹配条件的工作原理是利用周期性调制准相位匹配单元102的非线性极化率，弥补非线性过程中造成的相位失配，以提高非线性光学频率变换的转换效率。来自光源的基频光束，入射准相位匹配单元102，准相位匹配单元102内部发生准相位匹配倍频效应，将基频光束转换为非傍轴自加速倍频光束。
与此同时，电场单元101加载的电场在准相位匹配单元102内部产生线性电光效应，线性电光效应引起准相位匹配单元102的折射率发生变化，而折射率差影响到准相位匹配条件，准相位匹配条件中的相位失配因子随着折射率差的变化而变化，从而弥补非线性过程中的相位失配，因此通过调控电场单元101加载的电场的大小和方向，即可调整准相位匹配条件，进而调控非傍轴自加速倍频光束的偏振状态和强度。滤波单元103，用于从接收的光束中，滤除穿过准相位匹配单元102的基频光束，得到调控后的非傍轴自加速倍频光束。
其中，在基频光束未全部转化为非傍轴自加速倍频光束的情况下，准相位匹配单元102出射的光束包括：基频光束和调控后的非傍轴自加速倍频光束。为了获取调控后的非傍轴自加速倍频光束，利用滤波单元103过滤掉基频光束，保留调控后的非傍轴自加速倍频光束。
进一步地，所述滤波单元出射的调控后的非傍轴自加速倍频光束为频域中的非傍轴自加速倍频光束，则该装置还包括傅立叶变换单元104。傅立叶变换单元104设置在滤波单元103的后端。
具体的，傅立叶变换单元104用于接收从滤波单元103出射的频域中的非傍轴自加速倍频光束，并将频域中的非傍轴自加速倍频光束进行傅立叶变换，将频域中的非傍轴自加速倍频光束由频域转化到空间域，得到空间域中的非傍轴自加速倍频光束。
进一步地，电场单元101的电场方向与来自光源的基频光束的入射方向垂直，以在准相位匹配单元102根据准相位匹配条件将基频光束进行转化时，可利用准相位匹配单元102的最大的电光系数，以提高基频光束转化为非傍轴自加速倍频光束的效率。
进一步地，准相位匹配单元102为光学超晶格，光学超晶格为是一种介电常数随空间周期性变化的光学微结构材料，通常采用外加电场极化晶体的方式获取得到。光学超晶格的极化图样如图2所示。
其中，光学超晶格的极化公式包括：
χ(2)(x,y)＝dijsquare(T,D)。
式中，dij表示准相位匹配单元102的非线性光学系数，square(T,D)表示周期T为2π、范围为[-1,1]且占空比为D％的方波函数，fx表示x方向的倒格矢，x方向表示基频光束的传播方向，fc表示横向调制频率，表示基频光束的傅立叶谱的相位，Λ表示传播方向上的极化周期长度。
另外，光学超晶格的极化公式展开为傅立叶积分形式：
式中，Gm表示m阶的傅立叶变换系数。
从上式可以看到，对于m＝1来说，最优的极化占空比D＝0.5，此时傅立叶变换系数Gm最大，然而此时0阶的傅立叶变换系数Gm＝0。对于m＝2来说，最优的极化占空比D＝0.25或D＝0.75，而且此时0阶的傅立叶变换系数Gm≠0，可用于线性电光效应的调控。假设起到支配作用的倒格矢为2阶倒格矢，表示为2fx。为了得到最大的非线性光学系数d33(d33＝13.8pm/V)，采用ee→e型准相位匹配。基频光束沿着图1所示的x方向传播。此时电场单元101未加载电场时的准相位匹配条件为：
式中，Δk表示相位失配因子，k1,k2分别为基频光束和非傍轴自加速倍频光束的波矢，λ1,λ2分别为基频光束和非傍轴自加速倍频光束的波长。
进一步地，所述准相位匹配单元102为周期极化后的钽酸锂晶体。基频光束的波长λ1＝1.064μm(单位：微米)，非傍轴自加速倍频光束的波长λ2＝0.532μm。根据STL晶体的Sellmeier公式，可计算得到基频光束和非傍轴自加速倍频光束的e光折射率分别为n1e＝2.13365,n2e＝2.1999，根据电场单元101未加载电场时的准相位匹配条件计算得到极化周期长度Λ＝2λ2/(n2e-n1e)＝16.06μm。如图1所示，电场单元101的电场方向为x方向，则当电场单元101加载的电场方向沿着z轴时，可利用周期极化后的钽酸锂晶体的最大的电光系数。则电场单元101加载电场时的准相位匹配条件变为：
式中，Δn(E)为电场单元101引起的周期极化后的钽酸锂晶体的折射率变化差，r33为周期极化后的钽酸锂晶体的最大的电光系数，E为所述电场单元101加载的电场的强度值。
接着，基频光束和非傍轴自加速倍频光束的e光折射率分别为：
则电场单元101引起的周期极化后的钽酸锂晶体的折射率变化差为：
上式表明改变电场单元101加载在周期极化后的钽酸锂晶体的电场的强度值，电场单元101引起的周期极化后的钽酸锂晶体的折射率变化差随之变化，而通过电场单元101加载电场时的准相位匹配条件与电场单元101引起的周期极化后的钽酸锂晶体的折射率变化差相关，则该准相位匹配条件随着电场单元101加载在周期极化后的钽酸锂晶体的电场的强度值的变化而变化，在实际应用中，可通过调控电场单元101加载在周期极化后的钽酸锂晶体的电场的强度值，而调控非傍轴自加速倍频光束的偏振状态和强度。
如图3所示，图3中的图(a)为满足准相位匹配条件下的非傍轴自加速倍频光束的输出，图3中的图(b)为不满足准相位匹配条件下的非傍轴自加速倍频光束的输出。
进一步地，该装置还包括屏幕105。屏幕105设置在傅立叶变换单元104的后端。傅立叶变换单元104将空间域中的非傍轴自加速倍频光束投射至屏幕105，以显示非傍轴自加速倍频光束，如图1所示。
进一步地，傅立叶变换单元104为傅立叶变换透镜。
进一步地，滤波单元103为滤波片。
进一步地，该装置还包括底座。准相位匹配单元102部分固定在底座上，准相位匹配单元102未固定在底座上的部分电性连接电场单元101。滤波单元103、傅立叶变换单元104以及屏幕105固定在底座上。
进一步地，准相位匹配单元102的中心、滤波单元103的中心、傅立叶变换单元104的中心以及屏幕105的中心位于同一条直线。
在本实用新型实施例中，通过准相位匹配单元根据准相位匹配条件将基频光束转变为非傍轴自加速倍频光束，并通过电场单元加载电场给准相位匹配单元，调整准相位匹配条件，从而调控出射的非傍轴自加速倍频光束的偏振状态和强度，而不是通过改变传播介质来对光束进行调控，提高了光束调控的灵活性。并且通过傅立叶变换单元可直观地对非傍轴自加速倍频光束进行评估。
如图4所示，图4是本实用新型提供的实施例中的非傍轴自加速倍频光束调控装置的应用示意图，在实际应用中，非傍轴自加速倍频光束调控装置的实施步骤可包括：
201、将待极化晶体极化，得到准相位匹配单元。
202、将来自光源的基频光束从垂直于该电场单元的电场方向的方向入射该准相位匹配单元。
203、控制该准相位匹配单元根据准相位匹配条件将来自光源的基频光束转换为非傍轴自加速倍频光束。
204、控制电场单元加载电场给准相位匹配单元，以使该准相位匹配单元内部产生线性电光效应。
205、控制该准相位匹配单元利用该线性电光效应调整该准相位匹配条件，以调控该非傍轴自加速倍频光束的偏振状态和强度，并将调控后的非傍轴自加速倍频光束发射给滤波单元。
206、控制该滤波单元从接收的光束中，滤除穿过该准相位匹配单元的基频光束，得到该调控后的非傍轴自加速倍频光束。
207、该滤波单元出射的调控后的非傍轴自加速倍频光束为频域中的非傍轴自加速倍频光束，则控制傅立叶变换单元接收从该滤波单元出射的频域中的非傍轴自加速倍频光束，并将该频域中的非傍轴自加速倍频光束进行傅立叶变换，得到空间域中的非傍轴自加速倍频光束。
在本实用新型实施例中，通过准相位匹配单元根据准相位匹配条件将基频光束转变为非傍轴自加速倍频光束，并通过电场单元加载电场给准相位匹配单元，调整准相位匹配条件，从而调控出射的非傍轴自加速倍频光束的偏振状态和强度，而不是通过改变传播介质来对光束进行调控，提高了光束调控的灵活性。并且通过傅立叶变换单元对非傍轴自加速倍频光束进行空频转换。
以上为本实用新型所提供的非傍轴自加速倍频光束调控装置的描述，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
Claims (10)
1.一种非傍轴自加速倍频光束调控装置，其特征在于，所述装置包括：电场单元、准相位匹配单元和滤波单元；
所述电场单元与所述准相位匹配单元电性相连；
所述准相位匹配单元还设置在所述滤波单元的前端。
2.如权利要求1所述非傍轴自加速倍频光束调控装置，其特征在于，所述装置还包括傅立叶变换单元；
所述傅立叶变换单元设置在所述滤波单元的后端。
3.如权利要求1所述的非傍轴自加速倍频光束调控装置，其特征在于，所述电场单元的电场方向与来自光源的基频光束的入射方向垂直。
4.如权利要求1所述的非傍轴自加速倍频光束调控装置，其特征在于，所述准相位匹配单元为光学超晶格。
5.如权利要求1所述的非傍轴自加速倍频光束调控装置，其特征在于，所述准相位匹配单元为周期极化后的钽酸锂晶体。
6.如权利要求2所述的非傍轴自加速倍频光束调控装置，其特征在于，所述装置还包括屏幕；
所述屏幕设置在所述傅立叶变换单元的后端。
7.如权利要求2所述的非傍轴自加速倍频光束调控装置，其特征在于，所述傅立叶变换单元为傅立叶变换透镜。
8.如权利要求1所述的非傍轴自加速倍频光束调控装置，其特征在于，所述滤波单元为滤波片。
9.如权利要求6所述的非傍轴自加速倍频光束调控装置，其特征在于，所述装置还包括底座；
所述准相位匹配单元部分固定在所述底座上，所述准相位匹配单元未固定在所述底座上的部分电性连接所述电场单元；
所述滤波单元、所述傅立叶变换单元以及所述屏幕固定在所述底座上。
10.如权利要求9所述的非傍轴自加速倍频光束调控装置，其特征在于，所述准相位匹配单元的中心、所述滤波单元的中心、所述傅立叶变换单元的中心以及所述屏幕的中心位于同一条直线。
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| CN111103685A (zh) * | 2019-12-12 | 2020-05-05 | 中山大学 | 一种基于魏格纳函数的非傍轴自加速光束产生方法及装置 |
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