090325 2 准相位匹配
准相位匹配级联二阶非线性全光开关的研究
ｃａｓｃａｄｉｎｇ ｏｆ ｓｕｍ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ—ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ－－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ－－ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ
ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｕｎｄｅｒ ｑｕａｓｉ·－ｐｈａｓｅ－ｍａｔｃｈｅｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ ｉｎ ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ ｐｏｌｅｄ
ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｇ ｓｕｂｊｅｃｔ．Ｔｈｅ ａｌｌ－ｏｐｔｉｃａｌ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃａｓｃａｄｉｎｇ ｏｆ ｓｕｍ
ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ—ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ—ｆｒｅｑｕｅｎｔｉａｌ－ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ（Ｚ‘２’：Ｚ‘２’）
为保证全光网业务的透明性，全光型光器件中，光开关的研究曰益成 为光通信领域关注的焦点。通信网络的发展为光开关的应用提供了新的要 求：即未来的全光通信网络需要全光开关，并且由全光开关构成的全光交 换机能完成信号路由功能以实现网络的高速率和协议透明性。全光开关以
光的形式控制光，可以摆脱目前光通信网络中光一电一光的繁琐变换，实 现宽带、高速、大容量的交换，满足全光通信网络的要求，并在网络通讯
ｌｉｔｈｉｕｍ ｎｉｏｂａｔｅ（ＰＰＬＮ）ｈａｖｅ ａｔｔｒａｃｔｅｄ ｍｕｃｈ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ
Ｗｅ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ ａ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｏｆ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ－－ａｎ ａｌｌ—ｏｐｔｉｃａｌ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ
shg的相位匹配条件
shg的相位匹配条件1.引言1.1 概述相位匹配是在光学中非常重要的概念。
在激光技术、光通信、光谱分析等领域中，相位匹配条件的实现对于光的传播和调控具有关键性的影响。
相位匹配条件是指在非线性光学效应中，通过调整光的波矢或折射率，使得不同频率的光在介质中传播时，相位速度保持一致的条件。
在这种匹配条件下，不同频率的光能够进行相互作用，从而实现一系列重要的光学过程。
对于二阶非线性光学过程，如二次谐波产生（SHG），相位匹配条件是其有效实现的关键。
在SHG过程中，通过将两个频率相互关联的入射光束输入到非线性晶体中，可以实现光频率的加倍。
然而，由于不同频率的光在晶体中的传播速度不同，如果不满足相位匹配条件，那么SHG的效率将会大大降低。
在实际应用中，为了满足相位匹配条件，可以通过选择合适的晶体材料、调整入射光束的入射角度或改变晶体的温度等方法来实现。
这些调控手段可以有效地使得不同频率的光在晶体中传播时，其相位速度保持一致，从而最大限度地提高二次谐波产生的效率。
相位匹配条件的实现对于光学器件的性能和效率有着重要的影响。
因此，在光学领域中，对相位匹配条件的研究是一个非常热门和重要的课题。
通过深入理解相位匹配条件的原理和调控方法，可以为光学器件的设计和应用提供有力的理论指导和技术支持。
本文将重点探讨SHG的相位匹配条件及其在光学领域中的应用。
接下来的章节将分别介绍相位匹配条件的基本原理、相位匹配条件的调控方法，以及未来相位匹配技术的发展趋势。
通过对这些内容的深入研究，我们可以更加全面地认识和理解相位匹配条件在光学中的重要作用，为光学器件的设计和优化提供有益的启示。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以这样编写：1.2 文章结构本文分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分，将概述相关背景信息，介绍shg的相位匹配条件的重要性，并明确文章的目的。
接下来，在正文部分，将分别讨论第一个要点和第二个要点。
在第一个要点中，将详细介绍shg的相位匹配条件的基本原理、公式和模型，并给出实际应用中的示例。
相位匹配类型
相位匹配类型
哎哟，说起这相位匹配类型嘛，咱们得先从基础说起。
在咱四川，咱们叫这个叫“相位对应法儿”，咱得找准了相位，才能让波形们乖乖地叠加起来，像咱们四川的火锅，各种食材得配好了，才能煮出那麻辣鲜香的味儿。
然后咱们再到贵州看看，他们那儿可能叫这个为“相位配对法”，虽然名字稍有不同，但意思还是一样的。
就像贵州的酸辣粉，酸酸辣辣的，各种调料得配得恰到好处，才能让人吃得爽口。
再到陕西那边儿，他们可能会用更直白的话来说，比如“相位得对上”，就像他们吃的油泼面，面条得劲道，油得泼得刚刚好，那味道才正宗。
咱再说说北京那边儿，他们可能会说“相位得匹配得当”，就像他们吃的烤鸭，皮得烤得酥脆，肉得嫩滑，那才叫一个地道。
所以说啊，这相位匹配类型嘛，不管在哪个地方，都得找准了，才能做出好东西来。
就像咱们各地的美食一样，各有各的特色，但都得讲究个搭配得当，才能让人吃得满意。
这就是科学的道理，也是生活的智慧啊！。
准相位匹配PPKTP晶体连续倍频13mW绿光输出
1064
光 学 学 报 27 卷
维监控两种监控方法相结合 ,较好地实现了畴反转 的人为控制 ,研制出的器件在室温下进行光学倍频 通光 ,获得了单通倍频转换效率为 1. 35 %、归一化 转换效率为 1. 69 %/ ( W ·cm) 的连续绿光输出 ,接 近于理论最大值[3] 。
付伟佳1 于 建1 康玉琢1 倪文俊1 陈亚南1 桑 梅1 李世忱1 胡永岚2 师瑞泽2
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院 ,光电信息技术科学教育部重点实验室 , 天津 300072 2 中材人工晶体研究院 , 北京 100018
摘要 : 采用高压脉冲电场极化 ,通过电光效应实时监控 、倍频通光二维监控等手段的应用 ,制备出周期为 9μm 、长 为 8 mm 、宽为 3 mm 、厚为 1 mm 的周期极化 KTiO PO4 晶体 ( PP KTP) ;倍频通光实验中 ,当波长 1064 nm 的基频光 功率为 1 W 时 ,得到了功率为 13. 5 mW 的 532 nm 连续倍频绿光输出 ,单通倍频转换效率为 1. 35 % ,归一化转换效 率为 1. 69 %/ ( W ·cm) ,接近理论最大值 。 关键词 : 非线性光学 ; 准相位匹配 ; 周期极化 ; 倍频 ; PP KTP 晶体 中图分类号 : O437. 1 文献标识码 : A
1 引 言
准相位匹配 (Q PM) 可以通过多种手段来实现 , 目前最热门的方法是周期性极化反转铁电体材料中 的自发极化方向[1 ,2] 。理论上只要根据需要设计不 同的极化反转周期 ,就可以实现晶体透光范围内任 意波长的变换 。其中 , KTP 晶体具有矫顽场电压 (约为 2. 1 kV/ mm) 低 、光损伤阈值高 、非线性系数
基于准相位匹配技术的全光波长转换
基于准相位匹配技术的全光波长转换作者：鹿建江来源：《合作经济与科技》2010年第02期提要本文回顾了全光波长转换的研究历程,介绍了基于准相位匹配技术的全光波长转换技术研究的最新进展,着重介绍了基于准相位匹配技术的不同构型和不同二阶非线性效应下的波长转换方案的基本原理和实现方法,讨论了准相位匹配技术在全光波长转换过程中应用的意义和前景。
关键词:全光波长转换;准相位匹配;二阶非线性效应;单通构型;双通构型中图分类号:F49文献标识码:A一、引言众所周知,全光波长变换是WDM光网络中提供波长路由和波长再利用的关键技术。
它利用有限的波长资源,支持不同波长之间的连接,可以增强网络的重构能力和生存能力,提高网络的灵活性和效率。
波长转换器件的另一个重要用途是实现不同光网络间的波长匹配,可以把不同波长系列产品统一到同一波长标准上,实现网络间的通信。
随着对波长转换技术的研究,目前已有多种不同的技术用于实现全光波长转换。
基于半导体的全光波长变换器件由于非常紧凑所以很容易集成,并可以利用成熟的硅集成电路的制造方法,所以在实际当中基于半导体光放大器(SOA)的波长转换技术得到了较为广泛的应用。
根据实现原理的不同,这种波长转换器件可以利用交叉增益调制(XGM)、交叉相位调制(XPM)和四波混频三种效应来实现波长变换。
除此之外,利用光纤的非线性效应也可以实现波长转换。
目前,基于光纤中四波混频效应的波长转换器以及非线性光学环镜型波长转换器发展得很快,并且在复用、解复用、交叉连接等方面显示了广泛的能力。
但由于需要的光纤的长度很长(1-10km),基于光纤非线性效应的波长转换器在集成方面有较大的缺陷。
还有一种基于电吸收调制器中交叉吸收调制效应的波长转换技术在近几年来也得到了广泛的研究,不过此技术需要输入信号光的功率比较高,一般要求达到16-19dBm,因此器件的效率不高,而且长期在大功率情况下工作,可靠性也不高。
相对于上面介绍的波长转换技术而言,利用准相位匹配(QPM)技术也能够实现全光波长转换,且具有许多独特的优势。
第八讲相位匹配原理
z
k (II)
II m
y
对于正晶体（ ne no ）
I 类： e e o2 II类： o e o2
思考：对于负单轴晶体，倍频 光能不能是 o 光？
同样，对于正晶体，倍 频光能不能是 e 光？
第八讲 相位匹配原理和有效非线性系数
5
2、相位匹配角宽度
一、角相位匹配
ne2
m
L
4L no2
o
ne2
s
in
2
I m
k
2
C
ne2 no
ne2
cos2
no2
sin 2
ne2
1
数字例：若 o 1.06m L 5cm n no2 ne2 0.08
以上讨论仅限于理想平面波，实际中由于
• 光路调整偏离 m ；（即使是理想平面波）
• 坡印廷矢量偏离；（k 和 s 偏离）
• 高斯光束发散；
偏离波矢匹配条件使倍频效率降低，问题：偏离角 允许多大？
判据： kL
22
SHG
~
sin
c 2
kL 2
将k 在 m附近展开：
sin
2
I m
~1
计算得到
0.06mr（毫弧度）
若
mI
90 ，sin
2
I m
~
0，
可以很大
很小！！
第八讲 相位匹配原理和有效非线性系数
7
考虑坡印廷矢量的离散
一、角相位匹配
光轴 z
切线
光轴 z
电容式触摸屏单体可靠性测试技术规范V2.0
1.5. FPC 弯折测试................................................................... 15
1.5.1. 1.5.2. 1.5.3.
测试目的 .......................................................................................................15 测试条件 .......................................................................................................15 测试程序 .......................................................................................................16
华为机密，未经许可不得扩散
第 1 页,共 29 页
华为电容式触摸屏单体可靠性测试技术规范 V2.0
秘密
修订声明Revision declaration
本规范拟制与解释部门：终端系统测试部
本规范的相关系列规范或文件：
相关国际规范或文件一致性：
替代或作废的其它规范或文件：
相关规范或文件的相互关系：
本规范主要起草专家：刘春林 64905、刘方成00046492、王鹏00145008、柳
2010.0 6v1.1 讨论稿
邓小东 60023399
刘吉平64905
1）修改了意义和范围、简介、术语和 定义，增加了标准所适合的触摸屏种 类。 2）修订了钢球冲击的触摸屏分类，将 测试按TP大小和种类进行了区分，将 测试名称修订为“撞击测试” 3）挤压测试由10kgf静压修改为4.5 公斤的滚压 4）三点弯折测试修订为6pcs，每个样 品测试的结果都必须＞50Mpa 5)挤压测试、寿命测试、环境实验前 后明确了线性度和感应力的测量 6)低温储存温度修订为-30℃ 7)交变湿热湿度RH95%修订为RH90% 8）增加了软压测试方法 9）增加了电阻式和电容式触摸屏分类 测试方法 10）增加了外观检查具体要求参考华 为《DKBA2327-2009.6手机触摸屏镜片 外观检验规范》。 11）增加了术语和定义中电阻式触摸 屏上电电压要求为5V。
模式相位匹配条件
模式相位匹配条件
模式相位匹配条件是指两个波的相位差相等的匹配条件。
具体表达式为：两个波的相位差等于整数倍的2π。
若两个波的波形可以用简谐函数表示，分别为：
A1sin(ωt + φ1) 和A2sin(ωt + φ2)。
那么，模式相位匹配条件可以表述为：
(φ1 - φ2) = 2nπ，其中n为整数。
这个条件是为了保证两个波的振动在同一时间相位上重叠，从而形成干涉或共振现象。
在光学中，模式相位匹配条件经常用于描述非线性光学效应中的相互作用过程，如二次谐波产生、差频产生等。
需要注意的是，在实际应用中，由于波的传播过程中可能会发生非理想的影响，如衍射、散射等，所以涉及到模式相位匹配的实验设计和器件构造时，还需要考虑这些影响因素。
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要使
k 0
2 极化周期 L m k2 - 2k1
准相位匹配：这种不是通过改变晶体双折射条件，而是通过周 期性畴反转实现相位匹配的方法，称为准相位匹配。
周期性极化准相位匹配应用到LiNbO3（PPLN）
ne (1 1.064μm) 2.156 ne (2 0.532μm) 2.234
2 k 2k1 - k2 m L
k2 k1 m 0 Not useful since m -1 2k1 - k2 - 2 L Not useful because
k2 k1
m 1 2k1 - k2 2 L
Phase matching is possible
2006 Optics Express 14(22)
The MgO:LiNbO3 samples of 6.95-mm domain period,and 50% duty cycle . A maximum power of 1.18 W at 531 nm with 16.8% conversion efficiency is a 2mm-thick, 25-mm-long MgO:LiNbO3 crystal; efficiency are 1.38 W and 19.6%, respectively,. 2004 Optics Letter
sin D d 33
1 D 2
17pm/V
准相位匹配优点
1、理论上，在晶体的整个透明范围内都能实现 2、消除空间离散效应； 3、能利用到晶体的最大非线性光学系数； 4、允许采用非线性光学系数大的晶体； 5、调谐方便
L
离散角a
d
w
La
a
tan a sin 2m
2w
准相位匹配优点
准相位匹配
Quasi phase matching
Lc
k
Lc
k
z
x
I 2w Ps
J.A. Armsgtrong, “Interaction between light waves in a nonlinear dielectric,” Physical Review, 1962, 127(6):1918
d 33 27pm/V
I II d eff d15 sin - d 22 cos sin 3 d eff d 22 cos 2 cos 3
a2 w
d eff 0 0 0 1 - d 22 d 31 0 0 0 1 0 d 33 d 33 0 d 22 d 31 0 0 d 33 0 d15 0 d15 0 0
aw aw
0 0 - d 22 1 0 0 0 0 0
准相位匹配优点
1、理论上，在晶体的整个透明范围内都能实现 kQ 0 2、避免相互耦合光束的空间离散效应； 3、能利用到晶体的最大非线性光学系数； 4、使采用非线性光学系数大的晶体制作非线性
偏振方向
4 e e n2 0.532 - n1 1.064 9.23 103 cm-1 k2 - 2k1 1 1.064
一阶准相位匹配 极化周期 250C
e e e
2 L 6.8μm 2k1 - k2
dQ 2
一阶准相位匹配有效 非线性光学系数
光学器件成为可能；
5、调谐方便
准相位匹配 GaAs(deff=108pm/V)，
E. Lallier, M. Brevignon, and J. Lehoux, "Efficient secondharmonic generation of a CO2 laser with a quasi-phasematched GaAs crystal," Opt. Lett. 23, 1511-1513 (1998)
optimizing dQ
1
1 2 1 d 33 sin( D ) D d Q d 33 2
2
1 3 1 2 m 2 optimum for D , d Q d 33 4 4
相位失 配量
2 k 2k1 - k2 m L
二次谐波耦 合波方程
பைடு நூலகம்
dE2 x w 2 2 i eff E1 x e ikx k 2k1 - k2 dx n2c
基频波和倍频波光电场 振幅由复数转换到实数
1 E1 x E10 exp ik1 x c .c . 2 1 E2 x E20 exp ik2 x c .c . 2
d 33 d 33 x -d 33 x
0 xa a xL
L
d 33(x) d 33 a
L
d 33 x d 33
m -
Gm e iK m x
-d 33
b
极化率的周期性调制
2 Gm sin m D m x 2 Km m L a D （占空比） L
Orientation patterned GaAs
Pro. Fejer, Stanford University
lithium
niobate oxygen
+z
-z
铁电LiNbO3晶体畴反转定性描述图
O-Ring
Liquid Insulator Electrolyte Conductor (Photoresist) (Metal) LiNbO3 Sample +z
O-Ring LiNbO3 Sample
+z
d 33 - d 33 d 33 - d 33 d 33 - d 33 z
1、理论上，在晶体的整个透明范围内都能实现kQ 0 2、避免相互耦合光束的空间离散效应； 3、能利用到晶体的最大非线性光学系数； 4、允许采用非线性光学系数大的晶体； 5、调谐方便
PPLN （Periodically poled LiNbO3)
0 0 0 d15 0 • LiNbO3(铌酸 锂,Lithium niobate), - d 22 d 22 0 d15 0 简称LN晶体，三角晶 d15 d15 d 33 0 0 系，3m（C3v）点群， d15 5.45pm/V 负单轴晶体。透明范 围0.4~5.0 mm。 d 22 2.76pm/V - d 22 0 0
铁电畴晶体，LiNbO3,MgO:LiNbO3,LiTaO3,KTP,RTA 周期性极化晶体: PPLN, PPMgLN,PPLT,PPKTP, PPRTA
周期性极化晶体的制备
晶体不同极化周期图样
Optics Letter 2008 南京大学
PPLN with a 6.5-mm domain period.Samples that were 53 mm long and 0.5 mm thick were obtained with this process for single-pass cw 1064-nm Nd:YAG second-harmonic generation. These samples exhibited 78% of the ideal nonlinear coefficient, had a measured conversion efficiency of 8.5%yW in the low-power limit, and produced 2.7 W of cw 532-nm output with 6.5 W of cw input, which corresponds to 42% power conversion efficiency.
相干长度
(1) (2)
Ps Ps
Ps Ps
Ps z x
(3) 0
lc
2l c
3l c
4l c
5l c
6l c
(1)完全相位匹配，(2)一阶准相位匹配（3）相位 k 0 失配 k (2w) 2k (w)
铁电晶体，LiNbO3,MgO:LiNbO3,LiTaO3,KTP,RTA 周期性极化晶体: PPLN, PPMgLN,PPLT,PPKTP, PPRTA
极化场
1 (2) 2 2 ik1 x P (2w , x ) 0 d 33 ( x ) E10 e 2 1 2 2 ik1 x K m x 0 d 33Gm E10 e 2 m
dE20 ( x ) w 2 2 i Gmd33 E10 exp i 2k1 - k2 m L x dx n2c m