問(wèn) : 什么是PPLN?周期性極化鈮酸鋰(PPLN)?
答:PPLN是一種高效的波長(cháng)轉換的非線(xiàn)形晶體,可用于倍頻、差頻、和頻及光學(xué)參量振蕩和光學(xué)參量放大等。PPLN脆硬、透明,使用中須進(jìn)行溫度控制。 PPLN代表周期性極化反轉的鈮酸鋰晶體。當光在鈮酸鋰晶體中沿著(zhù)一定方向傳播時(shí),由于光依次經(jīng)過(guò)周期性反轉疇區域,PPLN的非線(xiàn)性系數會(huì )發(fā)生周期性變化。通過(guò)選擇合適的PPLN周期可以實(shí)現高效率波長(cháng)轉換所需的準相位匹配(QPM))條件。疇反轉是通過(guò)在晶體兩端加高電場(chǎng)使鈮酸鋰晶體中的鋰離子從一個(gè)穩定勢場(chǎng)位置躍遷到另一個(gè)穩定勢場(chǎng)位置來(lái)實(shí)現的。PPLN使用壽命較長(cháng), Covesion已推出成熟的商品。
問(wèn) : 為什么要采用摻雜氧化鎂的鈮酸鋰晶體?
答:同成分摻雜氧化鎂鈮酸鋰(LN)晶體具有良好的性能,因此它能滿(mǎn)足低成本高效率地產(chǎn)生高功率激光的要求,其中包括高非線(xiàn)性系數(LN為34 pm/V, 作為對比:KTP 為15 pm/V, LBO 為0.85 pm/V,LT 為26 pm/V);較大面積的商用晶圓(同成分的LN可以達到4英寸, LT僅為2英寸,KTP 和 LBO大約為 1英寸);相對低廉的晶體價(jià)格(比LT, KTP 和 LBO便宜得多);高光損傷閾值(遠高于非摻雜的LN和KTP,與LBO和摻氧化鎂的LT相當)。
問(wèn) : PPLN的應用?
答: PPLN芯片可用于高效率地將商用半導體激光器波長(cháng)轉換到半導體二極管無(wú)法提供的光波波長(cháng)(例如綠光)。選擇適當的PPLN周期和泵浦波長(cháng)就能得到從350 nm到近5000nm波長(cháng)范圍的轉換光。這項技術(shù)所提供的紅,綠,藍(即RGB)及中紅外光可以廣泛用于激光顯示,生物醫學(xué)儀器,傳感器和通信等領(lǐng)域。
問(wèn) : 如何產(chǎn)生用于激光顯示的RGB激光光源?
答:激光顯示迫切需要低成本,小體積,高性能,全固態(tài)的RGB激光器。PPLN提供了一個(gè)有效的方法來(lái)產(chǎn)生RGB光。例如,小型綠光和藍光(如532nm,473nm)光源可以通過(guò)二極管泵浦全固態(tài)(DPSS)激光技術(shù)產(chǎn)生,其中采用808nm激光二極管通過(guò)激光晶體產(chǎn)生用于倍頻的基波。RGB激光也可以直接通過(guò)倍頻泵浦激光產(chǎn)生,例如,可以直接通過(guò)976nm激光二極管的倍頻產(chǎn)生醫療儀器中所需的藍光(如488nm)。
問(wèn) : 如何產(chǎn)生光學(xué)傳感應用的中紅外光?
答:光學(xué)傳感法檢測微量氣體需要運用從2000到5000nm范圍的中紅外(IR)的相干光源。PPLN是一個(gè)能通過(guò)差頻法(DFG)生成高效的中紅外光的極好材料。例如,采用1064 nm和1550 nm作為泵浦激光,極化反轉周期設計合適的PPLN用DFG法可以產(chǎn)生波長(cháng)約3400nm中紅外光。中紅外光也可以通過(guò)光參量振蕩器(OPO)的方法產(chǎn)生,利用單光(如1064 nm)和光學(xué)諧振腔產(chǎn)生。
問(wèn): 如何用PPLN實(shí)現全光學(xué)波長(cháng)轉換?
答:全光波長(cháng)轉換器是下一代光通信網(wǎng)絡(luò )必需的關(guān)鍵組件。波導型 PPLN具有通信網(wǎng)絡(luò )波長(cháng)轉換所需的各種優(yōu)異性能。例如,使用波長(cháng)為770nm的泵浦光利用差頻(DFG)實(shí)現波長(cháng)轉換,從而實(shí)現從1550nm到1530nm的波長(cháng)轉換。該波長(cháng)轉換也可以通過(guò)級聯(lián)非線(xiàn)性過(guò)程實(shí)現,其中先利用波長(cháng)為1540nm泵浦光通過(guò)SHG產(chǎn)生波長(cháng)為770nm光,再用得到的770nm光通過(guò)DFG實(shí)現波長(cháng)轉換。我們已經(jīng)通過(guò)實(shí)驗證實(shí),高效率轉換可以通過(guò)采用波導型PPLN來(lái)實(shí)現。
問(wèn):PPLN的偏振入射方向?有效非線(xiàn)形系數?
答:PPLN的入射偏振應跟厚度方向相一致,為I類(lèi)相位匹配。其有效非線(xiàn)形系數即為鈮酸鋰材料的最大非線(xiàn)形系數。
問(wèn):PPLN及MgO:PPLN晶體損傷閾值?
答:PPLN可承受功率密度約0.5MW/cm2,MgO:PPLN損傷閾值較高,為2MW/cm2。
準相位匹配(Quasi-phase-matching)?
準相位匹配(Quasi-phase-matching)是非線(xiàn)性光學(xué)頻率轉換的一種重要技術(shù),其思想最早由J. Armstrong等人[1]于1962年提出,V. Berger[2]于1998年將它推廣到二維結構,并提出非線(xiàn)性光子晶體非線(xiàn)性光子晶體的概念。非線(xiàn)性頻率轉化中要求動(dòng)量守恒,在普通非線(xiàn)性晶體中由于色散的存在較難實(shí)現,特別是同時(shí)多個(gè)非線(xiàn)性相互作用的,而非線(xiàn)性周期性結構提供的倒格矢則能較容易地實(shí)現相位匹配。通過(guò)在非線(xiàn)性介質(zhì)中構造周期性的結構(非線(xiàn)性光子晶體),它能有效的實(shí)現非線(xiàn)性頻率轉化。相對通常的完美相位匹配(溫度匹配,角度匹配),這種方法稱(chēng)為準相位匹配,它能更容易利用較大的非線(xiàn)性系數。因此,現在這種技術(shù)已廣泛應用于非線(xiàn)性光學(xué)領(lǐng)域,并且實(shí)現了一些普通晶體中難以做到的現象。
準相位匹配需要在非線(xiàn)性光子晶體中實(shí)現,在非線(xiàn)性光學(xué)發(fā)展初期,這種技術(shù)主要停留在理論階段。20世紀90年代,隨著(zhù)非線(xiàn)性晶體生長(cháng)和極化技術(shù)的提高,非線(xiàn)性光子晶體的制作得到極大發(fā)展。1993年,Yamada等人首次利用電極化反轉的方法制作出光學(xué)超晶格;1995年,M. Fejer等人制作出大塊周期性極化鈮酸鋰(periodically poled lithium niobate, PPLN); 1997年,閔乃本等人(N.B. Ming et al.)制作出準周期極化光學(xué)超晶格,并用首次利用單束光單塊晶體實(shí)現了三倍頻綠光的產(chǎn)生;1999年,N. Broderick等人制作出第一個(gè)二維非線(xiàn)性光子晶體,并驗證了非線(xiàn)性布拉格衍射?,F在,非線(xiàn)性光子晶體中的準相位匹配技術(shù)已廣泛應用于二次,三次和高次諧波的長(cháng)生,波長(cháng)轉換,參量轉換等過(guò)程。
重要成果?
1. 電極化制作PPLN
2. 大塊PPLN的實(shí)現
3. 單束光單晶體直接三倍頻
4. 三原色激光器
成功案例:
西安光機所 上海光機所 浙江大學(xué) 四川大學(xué) 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 天津大學(xué)華中科大 中科院物理所 浙江師范大學(xué) 南開(kāi)大學(xué) 南京大學(xué) 上海交大等等 企業(yè)客戶(hù)保密