【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及準相位匹配，尤其是鐵電疇極化的準相位匹配技術,具體涉及一種基于熱釋電場誘導極化鐵電疇實現準相位匹配器件。
技術介紹
1、二次諧波產生(shg)過程是最基本的非線性光學效應之一，其中強泵浦光束激發介質中偶極子的非線性響應(非線性極化)作為新波的倍頻源。1961年，franken等人的首次通過實驗證明了shg過程，實驗非線性光學的由此誕生。大量的研究顯示頻率轉換過程，包括和頻和差頻，可以在具有二階非線性系數χ(2)的光學材料中產生，例如鐵電晶體、半導體，以及某些各向同性介質，如玻璃等。然而，由于色散效應的存在，非線性轉換過程中基波與產生的非線性光存在著相位失配，這就導致非線性光束隨著在介質中的傳播距離周期震蕩，無法實現穩定輸出。周期調制的二階非線性系數χ(2)可以補償失配的相位，提高非線性轉換效率，實現準相位匹配過程。準相位匹配技術易于在鐵電晶體中實現，被廣泛應用于新頻率下高質量、純度和穩定性光源的研制，推動了激光指示器、高能激光源、激光材料加工、非線性光學顯微鏡、光信號處理以及量子通信、量子傳感和量子計算等領域的發展。
2、光學領域常用到的鐵電材料有linbo3、litao3和ktp晶體，在這些晶體中存在著自發極化的現象，具有相同極化方向的區域叫做鐵電疇。鐵電疇有兩個相反的極化方向，極化方向的改變伴隨著二階非線性系數χ(2)符號的改變。外加電場的方法可以使疇的極化方向發生反轉，進而實現二階非線性系數χ(2)空間上的調制。這種電極化技術最早應用于一維(1d)周期的疇結構加工，實現了共線的準相位匹配。隨著電極
技術實現思路
1、有鑒于此，為了解決現有技術中的上述問題，本專利技術提出一種基于熱釋電場誘導極化鐵電疇實現準相位匹配器件，利用熱釋電場極化鈮酸鋰晶體的鐵電疇，形成光柵陣列結構，實現了滿足準相位匹配條件的倍頻轉換。
2、本專利技術通過以下技術手段解決上述問題：
3、第一方面，本專利技術提供一種基于熱釋電場誘導極化鐵電疇實現準相位匹配器件，所述器件是先利用激光擦除工藝沿著光軸擦除鈮酸鋰晶體的鐵電疇，形成光柵陣列結構；
4、接著利用真空下的淬火工藝，在鈮酸鋰晶體中產生熱釋電場誘導鐵電疇從擦除位置沿著光軸向晶體表面極化，使極化的鐵電疇也呈光柵陣列分布；
5、基波通過鐵電疇極化區域發生倍頻轉換，并測量出倍頻光斑功率隨基波波長變化的峰值與準相位匹配條件計算出的峰值吻合，實現了準相位匹配。
6、作為優選地，基波通過鐵電疇極化區域發生滿足準相位匹配的不同級次倍頻轉換，公式表示為：
7、
8、其中分別為基波和倍頻光的倒格矢，為極化鐵電疇結構倒空間的倒格矢，表示為：
9、
10、其中，為直角坐標系下x和y方向的單位矢量，p、q為任意整數；對于0級倍頻光斑需要的倒格矢為對于正負1級倍頻光斑需要用到倒格矢分別為為和對于正負2級倍頻光斑需要用到倒格矢分別為為和
11、作為優選地，所述激光擦除工藝為飛秒激光擦除工藝。
12、第二方面，本專利技術提供一種基于熱釋電場誘導極化鐵電疇實現準相位匹配器件的制備系統，用于制備所述基于熱釋電場誘導極化鐵電疇實現準相位匹配器件，包括激光擦除工藝子系統和真空下的淬火工藝子系統；
13、所述激光擦除工藝子系統包括第一激光器、漸變式衰減片、第一半波片、第一物鏡、摻鎂的鈮酸鋰晶體、三維納米平移臺和計算機；
14、第一激光器沿著z方向發出激光，通過漸變式衰減片控制激光的能量，對激光加工做深度上的能量補償，經過第一半波片后，偏振變為沿x方向，激光通過第一物鏡后，聚焦打到摻鎂的鈮酸鋰晶體上，鈮酸鋰晶體放置在三維納米平移臺上，利用計算機控制三維納米平移臺行程，使激光在晶體表面下沿著z方向刻線，在這個過程中，激光焦點由深至淺移動，繼續沿著x、y方向刻同樣的結構，形成光柵陣列結構；
15、所述淬火工藝子系統包括真空溫控平臺、照明光源、第一偏振片、第二偏振片、第二物鏡和ccd；
16、將激光加工后的鈮酸鋰晶體置于真空溫控平臺上，將鈮酸鋰晶體緩慢加熱至180-220℃，然后抽真空，接著快速冷卻至室溫，在降溫過程中產生了與自發極化方向相反的熱釋電場，會使鐵電疇從激光加工區域沿著光軸z方向向晶體表面發生反轉，使極化的鐵電疇也呈光柵陣列分布；
17、照明光源照亮晶體，正交的第一偏振片和第二偏振片分別放置在鈮酸鋰晶體上下，確保只有激光加工區域和疇反轉區域被照亮，而后通過第二物鏡被放大，最后被ccd收集，實現鈮酸鋰晶體疇結構的實時觀測。
18、作為優選地，所述激光擦除工藝子系統還包括光快門，所述光快門設置在第一激光器和漸變式衰減片之間，用于控制激光的打開和關閉。
19、作為優選地，所述第一激光器沿著z方向發出波長為800nm、脈沖寬度為34fs、重復頻率為1khz的激光。
20、第三方面，本專利技術提供一種基于熱釋電場誘導極化鐵電疇實現準相位匹配系統，包括所述基于熱釋電場誘導極化鐵電疇實現準相位匹配器件，還包括第二激光器、第二半波片、偏振分束器、第三半波片、透鏡和濾波片；
21、第二激光器沿著x方向發射激光，通過第二半波片和偏振分束器控制激光的能量，然后通過第三半波片使激光的偏振方向沿著y方向，最后通過透鏡聚焦打到所述基于熱釋電場誘導極化鐵電疇實現準相位匹配器件上的極化區域上，通過濾波片濾掉基波后觀察倍頻信號。
22、作為優選地，所述第二激光器沿著x方向發射脈沖寬度為140fs、重復頻率為80mhz、功率為400mw的激光。
23、作為優選地，所述透鏡的焦距為75mm。
24、與現有技術相比，本專利技術的有益效果至少包括：
25、本專利技術結合激光加工與熱處理，不需要任何外部電場，可以在晶體內部產生與極化方向相反的熱釋電場，該熱釋電場可以使鐵電疇反轉，同時還不會造成折射率的改變。本專利技術利用熱釋電場極化鈮酸鋰晶體的鐵電疇，形成光柵陣列結構，實現了滿足準相位匹配條件的倍頻轉換。
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1.一種基于熱釋電場誘導極化鐵電疇實現準相位匹配器件，其特征在于，所述器件是先利用激光擦除工藝沿著光軸擦除鈮酸鋰晶體的鐵電疇，形成光柵陣列結構；
2.根據權利要求1所述的基于熱釋電場誘導極化鐵電疇實現準相位匹配器件，其特征在于，基波通過鐵電疇極化區域發生滿足準相位匹配的不同級次倍頻轉換，公式表示為：
3.根據權利要求1所述的基于熱釋電場誘導極化鐵電疇實現準相位匹配器件，其特征在于，所述激光擦除工藝為飛秒激光擦除工藝。
4.一種基于熱釋電場誘導極化鐵電疇實現準相位匹配器件的制備系統，用于制備如權利要求1-3任一所述的基于熱釋電場誘導極化鐵電疇實現準相位匹配器件，其特征在于，包括激光擦除工藝子系統和真空下的淬火工藝子系統；
5.根據權利要求4所述的基于熱釋電場誘導極化鐵電疇實現準相位匹配器件的制備系統，其特征在于，所述激光擦除工藝子系統還包括光快門，所述光快門設置在第一激光器和漸變式衰減片之間，用于控制激光的打開和關閉。
6.根據權利要求4所述的基于熱釋電場誘導極化鐵電疇實現準相位匹配器件的制備系統，其特征在于，所述第一激光
7.一種基于熱釋電場誘導極化鐵電疇實現準相位匹配系統，包括如權利要求1-3任一所述的基于熱釋電場誘導極化鐵電疇實現準相位匹配器件，其特征在于，還包括第二激光器、第二半波片、偏振分束器、第三半波片、透鏡和濾波片；
8.根據權利要求7所述的基于熱釋電場誘導極化鐵電疇實現準相位匹配系統，其特征在于，所述第二激光器沿著x方向發射脈沖寬度為140fs、重復頻率為80MHz、功率為400mW的激光。
9.根據權利要求7所述的基于熱釋電場誘導極化鐵電疇實現準相位匹配系統，其特征在于，所述透鏡的焦距為75mm。
...【技術特征摘要】
1.一種基于熱釋電場誘導極化鐵電疇實現準相位匹配器件，其特征在于，所述器件是先利用激光擦除工藝沿著光軸擦除鈮酸鋰晶體的鐵電疇，形成光柵陣列結構；
2.根據權利要求1所述的基于熱釋電場誘導極化鐵電疇實現準相位匹配器件，其特征在于，基波通過鐵電疇極化區域發生滿足準相位匹配的不同級次倍頻轉換，公式表示為：
3.根據權利要求1所述的基于熱釋電場誘導極化鐵電疇實現準相位匹配器件，其特征在于，所述激光擦除工藝為飛秒激光擦除工藝。
4.一種基于熱釋電場誘導極化鐵電疇實現準相位匹配器件的制備系統，用于制備如權利要求1-3任一所述的基于熱釋電場誘導極化鐵電疇實現準相位匹配器件，其特征在于，包括激光擦除工藝子系統和真空下的淬火工藝子系統；
5.根據權利要求4所述的基于熱釋電場誘導極化鐵電疇實現準相位匹配器件的制備系統，其特征在于，所述激光擦除工藝子系統還包括光快門，所...
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