周期極化鈮酸鋰晶體的制備及其準(zhǔn)相位匹配技術(shù)的應(yīng)用研究.pdf

1、本課題來源于教育部科學(xué)技術(shù)研究重點項目和國家自然科學(xué)基金項目。論文對準(zhǔn)相位匹配技術(shù)的基本原理及其應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析，并得出了一系列與實驗結(jié)論相吻合的計算公式，同時對鈮酸鋰晶體的特性及其周期極化實驗進(jìn)行了詳細(xì)的描述。 利用準(zhǔn)相位匹配技術(shù)，通過人為地在非線性晶體上制備出非線性系數(shù)的周期結(jié)構(gòu)，來滿足相位匹配條件，可以提高頻率轉(zhuǎn)換的效率與擴(kuò)大非線性晶體的應(yīng)用波段范圍，這是近年來非線性光學(xué)研究的重要發(fā)展方向。利用鈮酸鋰晶體制作周期極

2、化結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)準(zhǔn)相位匹配技術(shù)是最為突出的例子。 鈮酸鋰晶體是實現(xiàn)準(zhǔn)相位匹配最為理想的材料之一，因為它有效非線性系數(shù)較大而得到迅速發(fā)展。近年來，由于鈮酸鋰晶體生長工藝的成熟和PPLN外加電場極化法制備技術(shù)的提高，使得它在非線性頻率變換領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。論文分別從準(zhǔn)相位匹配的基本原理和實現(xiàn)準(zhǔn)相位匹配技術(shù)的主要手段兩個方面入手，展開了深入了研究，主要工作如下： 1、從麥克斯韋方程組及非線性極化的原理出發(fā)，推導(dǎo)了介質(zhì)中三波互

3、作用的耦合波方程，并在此基礎(chǔ)上分析了倍頻互作用的轉(zhuǎn)換效率。 2、從有效非線性系數(shù)的傅立葉變換出發(fā)，推導(dǎo)了準(zhǔn)相位匹配條件下，三波互作用的耦合波方程，并對方程進(jìn)行了求解，在此基礎(chǔ)上分析了倍頻互作用的轉(zhuǎn)換效率與周期極化晶體的各參數(shù)之間的制約關(guān)系。 3、分析了鈮酸鋰晶體的物理、化學(xué)及鐵電性質(zhì)。形象的描述了晶體外加電場極化時，鐵電疇極化反轉(zhuǎn)的全過程，最后對鈮酸鋰晶體的電擊穿特性進(jìn)行了理論分析和實驗驗證。 4、研制了一臺用于

4、制作周期極化鈮酸鋰晶體的電源，并且對PPLN的實際制備過程進(jìn)行了詳細(xì)的描述，同時對鈮酸鋰晶體外加電場極化的兩種方案分別進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，并給出了一系列有價值的實驗結(jié)果，最后對PPLN晶體的通光倍頻實驗進(jìn)行了敘述，得出了有參考價值的實驗結(jié)果。 5、對基于PPLN光波導(dǎo)的全光波長變換技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析，推導(dǎo)出了非線性光波導(dǎo)中級聯(lián)二級非線性效應(yīng)(倍頻和差頻互作用)的耦合波方程,并對倍頻過程的轉(zhuǎn)換效率進(jìn)行了推導(dǎo)，由于對耦合波方程的