光誘導(dǎo)鐵電疇反轉(zhuǎn)及準(zhǔn)相位匹配光學(xué)頻率變換.pdf

1、隨著激光的出現(xiàn)，人們對于光學(xué)的認(rèn)識(shí)發(fā)生了重要的變化。當(dāng)一束激光入射到介質(zhì)以后，會(huì)從介質(zhì)中出射一束或幾束有新頻率的光束，人們把這種效應(yīng)稱為非線性效應(yīng)。光學(xué)頻率變換是激光及非線性光學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)重要分支，如利用材料的非線性效應(yīng)可實(shí)現(xiàn)二次諧波、三次諧波的產(chǎn)生。頻率的轉(zhuǎn)換效率依賴于非線性作用過程中的相位匹配因子。利用材料的雙折射性質(zhì)可以實(shí)現(xiàn)非線性作用過程中的相位匹配，然而它受材料的雙折射性大小、溫度、作用波長及偏振等方面的限制。
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2、962年，Armstrong[1]等人提出通過周期地改變材料的二階非線性系數(shù)可以增強(qiáng)非線性作用過程中的頻率轉(zhuǎn)換效率，即準(zhǔn)相位匹配技術(shù)的產(chǎn)生，這樣的晶體結(jié)構(gòu)稱為周期極化結(jié)構(gòu)：1993年，Yamada等人[2]首次報(bào)道了利用外加電場極化法在鈮酸鋰晶體中制成了一維的周期極化結(jié)構(gòu)。近年來，人們發(fā)現(xiàn)利用激光輻照的方法可以降低鈮酸鋰晶體極化反轉(zhuǎn)過程中的外加電場。這一發(fā)現(xiàn)不僅使得制備周期極化鈮酸鋰晶體的難度進(jìn)一步減小，有利于獲得比目前更厚的晶體樣品，

3、而且為疇結(jié)構(gòu)的制備提供了一種新的方法。
　　 一維周期極化結(jié)構(gòu)往往會(huì)限制非線性作用過程中多個(gè)頻率的變換。1998年，Berger等人[3]提出了非線性光子晶體的概念，把準(zhǔn)相位匹配技術(shù)擴(kuò)展到二維的情況，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)頻率的變換?；诙A非線性系數(shù)周期變化的非線性光子晶體是一種極具發(fā)展前景的光波長變換材料；而根據(jù)二階非線性系數(shù)的變化形式，可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)周期甚至無序形式的非線性晶體結(jié)構(gòu)。當(dāng)激光與這些材料相互作用時(shí)，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)非線性

4、相互作用的過程，如寬帶的倍頻及級聯(lián)三次諧波的產(chǎn)生。
　　 本論文的內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
　　 第一章對材料的二階非線性效應(yīng)及二次諧波、三次諧波的產(chǎn)生過程進(jìn)行了簡單的介紹，概括的介紹了準(zhǔn)相位匹配技術(shù)的原理、制備方法等，并給出了本論文的工作安排。
　　 第二章研究了可見光聚焦輻照下鈮酸鋰晶體的光誘導(dǎo)鐵電疇反轉(zhuǎn)特性。首先簡介了鈮酸鋰晶體的極化特性，疇反轉(zhuǎn)過程及疇結(jié)構(gòu)的觀測方法等。隨后，我們在實(shí)驗(yàn)和理論上對可見光誘導(dǎo)鈮

5、酸鋰晶體中疇反轉(zhuǎn)電場降低的機(jī)理進(jìn)行了深入的研究和探討。我們研究了不同摻雜的鈮酸鋰晶體在514.5nm可見光聚焦輻照下疇反轉(zhuǎn)電場降低的情況。我們發(fā)現(xiàn)，對于不同摻雜的晶體，反轉(zhuǎn)電場降低的最大數(shù)值基本相同，并且極化疇總是在晶體的-c面首先成核；不同于一般情況下得到的反轉(zhuǎn)疇結(jié)構(gòu)，用激光誘導(dǎo)方法形成的疇結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)定。通過分析，我們建立了空間電荷場的理論模型，合理的解釋了激光誘導(dǎo)鈮酸鋰晶體疇反轉(zhuǎn)的過程。
　　 第三章在實(shí)驗(yàn)及理論上研究了無序

6、鐵電疇結(jié)構(gòu)的鈮酸鍶鋇(SBN)晶體中二次諧波及級聯(lián)三次諧波的產(chǎn)生過程。首先，分析模擬了無序疇結(jié)構(gòu)的倒格矢空間，由于倒格矢量的連續(xù)性，使得倍頻及和頻過程中的相位匹配關(guān)系可以同時(shí)得到滿足，從而在空間域及頻域大大增加了諧波的調(diào)節(jié)范圍；隨后，我們進(jìn)行了雙光束耦合實(shí)驗(yàn)，通過測量和分析二次諧波能量在空間的分布形式等，可以實(shí)現(xiàn)短脈沖信號的測量，如脈寬、脈沖序列等；最后，我們首次從實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)，在無序疇結(jié)構(gòu)的SBN晶體中同樣可以實(shí)現(xiàn)級聯(lián)三次諧波的產(chǎn)生，并

7、對它的產(chǎn)生過程及偏振性質(zhì)等進(jìn)行了詳細(xì)分析，在理論上模擬了諧波的產(chǎn)生過程，表明諧波的能量隨著傳播距離的增加是一個(gè)線性增長的過程。
　　 第四章研究了周期及準(zhǔn)周期極化結(jié)構(gòu)中非線性的Cerenkov和Raman-Nath衍射。首先，介紹了二次諧波的Cerenkov及Raman-Nath兩種非線性衍射形式，著重分析了Ccrcnkov衍射環(huán)的能量分布及偏振特性；隨后，我們通過雙光束耦合，首次在實(shí)驗(yàn)上觀察到了多組二次諧波Cerenkov衍射