倍频结构及倍频装置.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115877630A(43)申请公布日2023.03.31(21)申请号202211736245.1(22)申请日2022.12.30(71)申请人鹏城实验室地址518055广东省深圳市南山区西丽街道留仙洞万科云城一期8栋申请人武汉光谷信息光电子创新中心有限公司(72)发明人刘佳陈代高王磊胡晓肖希(74)专利代理机构北京派特恩知识产权代理有限公司11270专利代理师姚文娴吴素花(51)Int.Cl.G02F1/35(2006.01)G02F1/355(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称倍频结构及倍频装置(57)摘要本申请提供一种倍频结构及倍频装置，倍频结构包括沿基波入射方向交替排布的第一晶体和第二晶体，其中，第一晶体具有二阶非线性，第二晶体不具有二阶非线性；本申请通过周期性排布第一晶体和第二晶体，可以实现基频与倍频光传输方向上的非线性系数周期性变化，实现准相位匹配，以达到频率变换的要求，且不需要控制第一晶体和第二晶体的尺寸，转换波长的范围较宽，更加容易实现。CN115877630ACN115877630A权利要求书1/2页1.一种倍频结构，其特征在于，包括沿基波入射方向交替排布的第一晶体和第二晶体，其中，所述第一晶体具有二阶非线性，所述第二晶体不具有二阶非线性。2.根据权利要求1所述的倍频结构，其特征在于，所述第二晶体的折射率与所述第一晶体的折射率相等。3.根据权利要求2所述的倍频结构，其特征在于，所述倍频结构沿传播方向z的非线性系数d(z)＝gjdeff，其中，deff表示有效非线性系数，gj表示第j段区域的取值，若所述第j段区域为第一晶体，则gj等于1；若所述第j段区域为第二晶体，则gj等于0。4.根据权利要求3所述的倍频结构，其特征在于，所述倍频结构的转换效率E2(L)由以下公式得到：2公式中，L表示所述倍频结构的总长度；Γ＝iωE1/n2c，ω表示所述基波的频率，E1表示所述基波的振幅，n2表示二次谐波传输时的有效折射率，c表示光速；△k'表示波矢失配量，△k'＝k2‑2k1，k1表示所述基波的波矢，k2表示所述二次谐波的波矢；N表示所述倍频结构分k段的段数，且所述N远大于1；其中，exp(‑i△k'zk)＝(‑1)。5.根据权利要求1所述的倍频结构，其特征在于，所述第二晶体的折射率与所述第一晶体的折射率不相等。6.根据权利要求5所述的倍频结构，其特征在于，所述倍频结构中距离所述基波的入射点最远的所述第一晶体为第h段，所述倍频结构的转换效率E2(L)由以下公式得到：2公式中，L表示所述倍频结构的总长度；Γ＝iωE1/n2c，ω表示所述基波的频率，E1表示所述基波的振幅，n2表示二次谐波传输时的有效折射率，c表示光速；deff表示有效非线性系数；N表示所述倍频结构分段的段数，且所述N远大于1；△k1'表示所述第一晶体的波矢失配量，△k2'表示所述第二晶体的波矢失配量；lh表示所述第h段的相干长度；其中，1exp(‑i△k1'l1)＝(‑1)；2exp(‑i△k1'l1‑i△k2'l2)＝(‑1)；3exp(‑i△k1'l1‑i△k2'l2‑i△k1'l3)＝(‑1)；N‑1exp(‑i△k1'l1‑i△k2'l2…‑i△k2'lh‑1)＝(‑1)；Nexp(‑i△k1'l1‑i△k2'l2…‑i△k1'lh)＝(‑1)。7.根据权利要求6所述的倍频结构，其特征在于，所述第一晶体的相干长度所述第二晶体的相干长度8.根据权利要求1所述的倍频结构，其特征在于，所述第一晶体的材料包括氮化铝，所述第二晶体的材料包括氮化硅。2CN115877630A权利要求书2/2页9.根据权利要求1所述的倍频结构，其特征在于，所述第一晶体的相干长度为l1，所述第二晶体的相干长度为l2，所述倍频结构的周期长度为l1+l2。10.一种倍频装置，其特征在于，包括根据权利要求1至9任一项所述的倍频结构。3CN115877630A说明书1/5页倍频结构及倍频装置技术领域[0001]本申请涉及光学元件技术领域，尤其涉及一种倍频结构及倍频装置。背景技术[0002]随着制造周期性极化铁电材料的进步，利用晶体铁电畴的周期性反转使晶体的非线性系数等参量得到周期性调制，从而实现准相位匹配的技术得到极快发展，出现了一系列准相位匹配的非线性晶体，如周期极化铌酸锂(PPLN)、周期极化磷酸氧钛钾(PPKTP)等。基于准相位匹配的非线性晶体成为实现激光频率转换的有效方法。然而PPLN等具备铁电性质的非线性晶体的尺寸都比较大，并且在极化过程中需要加高电压，因此难以实现小尺寸、高效率的非线性倍频转换。[0003]在相关技术中，不具备铁电性质的非线性晶体若要实现倍频转换，须满足基频基模与倍