基于单块周期极化晶体的级联三倍频蓝光输出技术的研究

三波长光子晶体波分复用器的研究庄煜阳;陈鹤鸣【摘要】The conventional WDM are usually large in size,which has become the bottleneck of the photonic integration.This paper designs a type of three-wavelength (1 310 nm,1 490 nm and 1 570 nm)photonic crystal WDM by utilizing the multi-mode interference effects of photonic crystals.The simulation results show that the insertion loss of this device for the three wavelengths is all less than 0.45 dB,and the channel isolation is all larger than 1 5 dB.In addition,its size is only 37 m m ´ 13 mm.easy to be optically integrated and superb in performance.%传统的 WDM(波分复用器)通常尺寸较大,这一缺陷成了光子集成化的“瓶颈”。

文章利用光子晶体的多模干涉效应设计了一种光子晶体三波长(1310、1490和1570 nm)WDM。

仿真结果表明,该器件对3个波长的插入损耗均<0.45 dB,通道隔离度均>15 dB；且尺寸仅为37 mm ´13 mm,易于光学集成,性能优良。

【期刊名称】《光通信研究》【年(卷),期】2013(000)006【总页数】3页(P49-51)【关键词】光子晶体;多模干涉;自映像效应;波分复用器【作者】庄煜阳;陈鹤鸣【作者单位】南京邮电大学光电工程学院，江苏南京 210046;南京邮电大学光电工程学院，江苏南京 210046【正文语种】中文【中图分类】TN2010 引言基于光子晶体的WDM（波分复用器）大致可以分为3 类：基于点缺陷微腔耦合［1］、基于环形腔耦合［2］和基于波导间定向耦合［3］。

·特邀报告·有机发光二极管蓝光材料研究进展……………………………………………………………………（1‐1）过渡金属配合物TADF 发光材料研究进展…………………………………………………………（1‐12）OLED 电子传输材料研究进展…………………………………………………………………………（1‐26）紫外/深蓝OLED 发光材料研究进展…………………………………………………………………（1‐37）基于激基复合物激发态的电致发光材料与器件研究进展…………………………………………（1‐61）基于热活化敏化荧光的蓝光材料与器件研究进展…………………………………………………（1‐77）纯有机电致室温磷光材料与器件研究进展…………………………………………………………（1‐90）喷墨印刷有机电致发光显示材料与器件进展………………………………………………………（1‐101）OLED 发光材料的理论计算与分子设计……………………………………………………………（1‐115）基于弱取向外延生长多晶薄膜的OLED 研究进展…………………………………………………（1‐129）紫外和近紫外有机电致发光二极管研究进展………………………………………………………（1‐140）高效有机发光二极管的光提取技术及其研究进展…………………………………………………（1‐163）OLEDs 中的激子及其高效利用………………………………………………………………………（1‐174）有机发光二极管老化机制……………………………………………………………………………（1‐186）有机电致发光器件及显示驱动研究进展……………………………………………………………（1‐198）稀土掺杂铅卤钙钛矿发光、光电材料与器件研究进展……………………………………………（3‐387）包含Mn 2+离子的钙钛矿材料：合成、发光性质与应用………………………………………………（3‐413）离子掺杂钙钛矿量子点玻璃研究进展………………………………………………………………（3‐437）基于芳香族配体的二维钙钛矿太阳能电池研究进展………………………………………………（3‐449）柔性钙钛矿光伏：研究进展、商业化进程和展望……………………………………………………（3‐466）钙钛矿单晶X 射线探测器：未来可穿戴电子器件的B 位工程……………………………………（3‐486）杂化X 射线探测器的优势与进展……………………………………………………………………（3‐496）室温合成具有超纯绿光发射的准二维CsPbBr 3钙钛矿纳米片……………………………………（3‐508）Cd 2+掺杂Cs 2ZnCl 4黄光荧光粉及其光学性能………………………………………………………（3‐518）Cu 基金属卤化物发光材料（C 12H 24O 6）NaCuBr 2及其全光谱照明应用………………………………（3‐528）基于零维杂化锑基氯化物的可逆荧光发射转化……………………………………………………（3‐537）新型钴基空穴传输层助力高效钙钛矿发光二极管…………………………………………………（3‐548）混合反溶剂法制备CsCu 2I 3纳米晶薄膜及其发光器件应用…………………………………………（3‐559）室温全息光谱烧孔：实现路径与研究展望…………………………………………………………（7‐1123）近红外二区发光材料在脑成像中的研究进展……………………………………………………（7‐1131）稀土纳米晶的上转换发光调控研究进展…………………………………………………………（7‐1149）发光学报1-12期（第44卷）2023年（月刊）总 目 次镓基氧化物薄膜日盲紫外探测器研究进展………………………………………………………（7‐1167）Eu 2+/Ce 3+激活的近紫外LED 用发光材料研究进展…………………………………………………（7‐1186）稀土掺杂无序结构晶体的局域位置对称性与发光调控…………………………………………（7‐1202）固体中过渡金属离子占位、价态及光谱性质的第一性原理研究…………………………………（7‐1220）溶剂化对有机给、受体分子热激活延迟荧光的影响及调控………………………………………（7‐1239）单量子点的发光与应用……………………………………………………………………………（7‐1251）二维材料及其异质结构中载流子动力学过程研究进展…………………………………………（7‐1273）利用磁‐光‐电综合手段解析有机与钙钛矿材料的激发态动力学过程：实现跨学科交叉研究…（7‐1287）基于蒽核的高性能深蓝光“热激子”材料…………………………………………………………（7‐1300）高功率蓝光半导体激光加工光源…………………………………………………………………（7‐1308）Ti 3C 2T x 掺杂PEDOT ∶PSS 提升蓝色量子点发光二极管性能………………………………………（7‐1315）混合阴离子型化合物Ba 2Gd （BO 3）2Cl∶Ln 的力致发光性能………………………………………（7‐1324）·封面文章·级联敏化三元旋涂型磷光器件电致发光性能………………………………………………………（2‐219）Ruddlesden ‐Popper 型准二维钙钛矿温度依赖发光光谱研究………………………………………（4‐569）面向显示应用的胶体量子点电致发光二极管：进展与挑战………………………………………（5‐739）强化载流子传输实现高亮度高效率钙钛矿量子点发光二极管……………………………………（6‐933）Er 3+/Tm 3+分区掺杂结构的比率型光子上转换低温探针……………………………………………（8‐1335）基于布洛赫表面波的有机薄膜方向性发光性能…………………………………………………（9‐1521）有机‐无机杂化铜（Ⅰ）基卤化物闪烁体研究进展…………………………………………………（10‐1705）基于MoO 3/ZnO 无机电荷产生层的量子点电致发光器件………………………………………（11‐1885）喷墨打印量子点薄膜：墨水溶剂的选择策略……………………………………………………（12‐2085）·特邀综述·光响应金属有机框架研究进展及其应用展望………………………………………………………（2‐227）赝卤素阴离子工程在钙钛矿太阳能电池中的应用研究进展………………………………………（4‐579）基于材料调控的直接转换型铅卤钙钛矿X 射线探测器研究进展…………………………………（5‐771）无机应力发光材料的发光特性、发光机理及应用研究进展………………………………………（6‐942）非铅金属卤化物类钙钛矿发光材料研究进展……………………………………………………（8‐1344）透明发光二极管研究进展…………………………………………………………………………（9‐1527）三价铋离子掺杂发光材料研究进展………………………………………………………………（12‐2098）·材料合成及性能·导模法生长Er ∶Lu 2O 3连续激光特性…………………………………………………………………（2‐240）孤立格位中的Cr 3+近红外发射波长的设计与调控：以AM P 2O 7∶Cr 3+为例…………………………（2‐246）CaTiF 6·2H 2O ∶Mn 4+窄带红色荧光粉的发光性能及其高显指暖白光LED 应用……………………（2‐259）Tm 3+/Yb 3+共掺含LaF 3纳米晶锗酸盐微晶玻璃的上转换发光及其温度传感特性…………………（2‐271）基于上转换发光的Y 7O 6F 9∶Er，Yb/PAN 复合纤维温度传感特性……………………………………（2‐279）808 nm/980 nm 近红外光激发下CaSc 2O 4∶Er，Nd 纳米晶的上转换发光特性………………………（2‐289）晶相对碳点多色发光的调制及其在白光发光二极管器件中的应用………………………………（2‐298）Na 3Sc 2（BO 3）3∶Tb 3+反热猝灭荧光粉制备及其发光性能……………………………………………（4‐598）Sr 0.3Ca 0.7MoO 4∶Tb 3+，Eu 3+荧光粉的颜色可调发光和温度传感特性…………………………………（4‐607）Bi 3+、Eu 3+共掺双钙钛矿Gd 2ZnTiO 6荧光粉制备及其温度传感性能…………………………………（4‐615）高应变InGaAs/GaAs 多量子阱中的局域态问题……………………………………………………（4‐627）沉积参数对铯铅溴钙钛矿薄膜中CsPb 2Br 5相结构演变和发光特性的影响………………………（4‐634）Cs 3Cu 2I 5制备与光电应用研究进展………………………………………………………………………（5‐801）基于双发光位点能量传递构建高效窄带钙钛矿构型K 2BaPO 4F ∶Eu 2+荧光粉……………………（5‐819）阳离子替换提升Li 3Cs 2Ba 2-x Sr x B 3P 6O 24∶Eu 2+荧光粉热稳定性………………………………………（5‐837）Er 3+掺杂氟碲酸盐玻璃微球腔的激光性能及其温度传感研究……………………………………（5‐845）α/β‐Zn 2SiO 4∶Mn 2+双相玻璃陶瓷制备与宽带可调控发光……………………………………………（5‐852）固液双态高效发光的液晶分子的合成、相结构及光物理性质……………………………………（5‐863）高亮度固态照明用LuYAG ∶Ce 荧光陶瓷……………………………………………………………（6‐964）一种新型氟化物红色荧光粉BaTaF 7∶Mn 4+…………………………………………………………（6‐975）自愈合发光聚氨酯弹性体的制备与性能……………………………………………………………（6‐985）Ca 2TbHf 2Al 3O 12∶Ce 3+，Cr 3+石榴石荧光材料的宽带近红外发射与能量传递………………………（8‐1369）通过分子间相互作用和机械响应调节苯并噻二唑基分子的发光行为…………………………（8‐1380）双波长泵浦含有Er 3+∶NaYF 4纳米晶氟氧化物微晶玻璃的上转换发光性能……………………（8‐1390）空间电荷转移热活性延迟荧光化合物合成和应用………………………………………………（8‐1398）水系电解质离子对无定形WO 3电致变色性能的影响……………………………………………（8‐1404）CsPb x Sn 1-x Br 3/a ‐ZrP 复合材料的光学性能及其在白色发光二极管中的应用……………………（8‐1413）一维光子晶体带边态模式调控的胶体量子点发光性能…………………………………………（9‐1546）反向能量传递增强Er 3+上转换发光…………………………………………………………………（9‐1552）Mn 2+掺杂CsCdCl 3微米晶发光性能及其LED 应用…………………………………………………（9‐1560）颜色可调CsLa （WO 4）2∶Pr 3+荧光粉的光致发光和温度传感特性…………………………………（9‐1570）YAG ∶Ce 玻璃陶瓷选择性激光烧结制备及其发光性能……………………………………………（9‐1581）以二苯并吩嗪为核心的聚集诱导发红光材料制备及表征………………………………………（9‐1588）双钙钛矿Ba 2LuNbO 6∶Tb 3+闪烁体多模式X 射线探测………………………………………………（9‐1597）零维有机‐无机杂化金属卤化物的溶液合成、光物理性质及光电应用…………………………（10‐1751）NaGd （MoO 4）2∶Tb 3+荧光粉的温度及浓度依赖发光与荧光动力学温度传感……………………（10‐1770）具有光热转换能力的近红外光学测温材料BaY 2O 4∶Nd 3+…………………………………………（10‐1779）无机卤化物钙钛矿量子点微球腔荧光增强自参考温度传感研究………………………………（10‐1786）锌铊共掺碘化钠晶体的生长及闪烁性能…………………………………………………………（10‐1797）具有二聚喹啉结构的有机电致发光材料的构性关系……………………………………………（10‐1803）白光LED 用Mn 4+激活氟氧化物红色荧光粉研究进展……………………………………………（11‐1904）1 英寸Cs 2LiLa （Br，Cl ）6∶Ce 闪烁晶体的生长及性能………………………………………………（11‐1923）SrAl 2O 4∶Eu 2+，Dy 3+，Tm 3+荧光材料的光激励诱导长余辉特性及其防伪应用……………………（11‐1931）Sr 6Lu 2Al 4O 15∶Tb 3+荧光粉的发光特性………………………………………………………………（11‐1940）Eu 3+掺杂诱导CsAgCl 2相变及其光学温度传感性质………………………………………………（11‐1950）新型Ba 3In （PO 4）3∶Yb 3+，Ho 3+荧光粉的上转换发光及其温度传感性能…………………………（11‐1958）GaAs 插入层对InGaAs/AlGaAs 量子阱发光性质的影响…………………………………………（11‐1967）深紫外AlGaN 基多量子阱结构中载流子辐射复合的局域特征…………………………………（11‐1974）氮和硼元素共掺杂对碳点荧光的调控机制………………………………………………………（11‐1981）硫醇‐烯交联增强碳量子点发光效率机理研究…………………………………………………（11‐1990）氮、硫掺杂具有聚集诱导发光绿色碳点的制备与表征…………………………………………（11‐2002）基于Eu/Tb/SnO 2纳米晶体共掺杂二氧化硅玻璃的三激活剂光致发光自参考光学温度测量…（12‐2128）新型低密度短寿命铈单掺硼硅酸盐玻璃闪烁材料………………………………………………（12‐2136）Ce 3+‐Cr 3+共掺杂Ba 3Sc 4O 9荧光材料的发光性能……………………………………………………（12‐2149）宽带近红外荧光粉KScP 2O 7∶Cr 3+的发光特性研究及近红外LED 器件应用……………………（12‐2158）白光LEDs 用Ca 9.15La 0.9（PO 4）7∶Eu 2+，Mn 2+材料的发光特性及能量传递…………………………（12‐2168）K 2TiF 6∶Mn 4+红光晶体发光性能及应用……………………………………………………………（12‐2180）基于单元共取代策略调控Mn 4+/Pb 2+掺杂LaAlO 3荧光材料的晶格环境与发光性能研究进展…（12‐2188）Sr 2MgSi 2O 7∶Eu 2+，Eu 3+发光性能及颜色调控………………………………………………………（12‐2202）双壳层包覆Mn ∶CsPbCl 3纳米晶制备及潜指纹识别应用…………………………………………（12‐2211）·器件制备及器件物理·泵浦光聚焦特性对高重频1 064 nm 被动调Q 激光器的影响………………………………………（2‐307）增益腔模大失配型垂直外腔面发射激光器侧向激射抑制……………………………………（2‐314）基于外延层转移的超薄垂直结构深紫外LED ………………………………………………………（2‐321）葡萄糖作钝化剂的绿光多晶薄膜钙钛矿发光二极管………………………………………………（2‐328）通过氧源调控原子层沉积的SnO x 层实现高效稳定的钙钛矿太阳能电池…………………………（2‐337）界面调控对柔性量子点电致发光器件性能的影响…………………………………………………（4‐641）基于镁电子注入层的倒置磷光有机发光二极管……………………………………………………（4‐657）970 nm高功率光栅外腔可调谐半导体激光器…………………………………………………………（4‐664）全固态高功率准连续板条激光器……………………………………………………………………（4‐673）掺铒纳米晶与聚合物键合比例对光波导放大器增益性质的影响…………………………………（4‐678）基于PbZr 0.52Ti 0.48O 3铁电薄膜的高性能自驱动紫外光电探测器………………………………………（4‐685）气相沉积全无机钙钛矿传输层和发光层提高红光钙钛矿发光二极管性能………………………（5‐873）Pt/β‐Ga 2O 3深紫外肖特基光电二极管的界面载流子注入和自驱动特性………………………………（5‐881）二维黑磷的光电特性及光电器件研究进展…………………………………………………………（6‐995）圆盘尺寸对InP 发光二极管的光谱调控……………………………………………………………（6‐1006）基于维度调制的准二维蓝色钙钛矿发光二极管…………………………………………………（6‐1013）双自组装单分子层修饰氧化镍制备高效率钙钛矿太阳电池及组件……………………………（6‐1023）无铅钙钛矿发光二极管的实现及研究进展………………………………………………………（8‐1422）基于金属氧化物功能层的QLED 性能优化和研究进展…………………………………………（8‐1439）锗合金准二维钙钛矿发光二极管…………………………………………………………………（8‐1451）基于新型Nd ∶Gd 0.1Y 0.9AlO 3晶体的540 nm 倍频绿光激光器………………………………………（8‐1463）BiI 3修饰Cs 3Bi 2I 9自供能光电化学型探测器制备及其性能…………………………………………（8‐1471）基于无源双环复合子腔滤波器的可调谐单纵模掺铥光纤激光器………………………………（8‐1479）基于Cr/Ag/WO 3薄膜的柔性反射式电致变色器件…………………………………………………（8‐1487）基于岛‐桥结构的可拉伸发光器件研究进展………………………………………………………（9‐1606）红外波段超辐射发光二极管研究进展……………………………………………………………（9‐1621）苯乙胺钝化钙钛矿埋底界面提高太阳能电池性能………………………………………………（9‐1636）基于超薄透明Ag 2O/Ag 阳极的高效有机电致发光器件……………………………………………（9‐1644）80 Gb/s 高速PAM4调制850 nm 垂直腔面发射激光器……………………………………………（10‐1811）高增益ZnO 肖特基紫外光电探测器光响应特性…………………………………………………（10‐1816）PbS 量子点掺杂聚合物宽带光纤放大器…………………………………………………………（10‐1824）基于山梨醇钝化的绿光多晶薄膜钙钛矿发光二极管……………………………………………（10‐1833）硅基量子点激光器研究进展………………………………………………………………………（11‐2011）紧凑高效型百瓦级2 μm 棒状Tm ∶YAG 激光器…………………………………………………（11‐2027）缺陷对全无机钙钛矿太阳能电池性能的影响……………………………………………………（11‐2033）PCE10显著提升三元倍增型有机光电探测器红光与近红外光探测能力………………………（12‐2222）1 μm 波段高功率超辐射发光二极管……………………………………………………………（12‐2231）交流驱动无电学接触GaN 基Micro ‐LED 器件光电特性…………………………………………（12‐2242）用于雪崩光电探测器响应度增强的超透镜设计与仿真…………………………………………（12‐2250）基于InGaAs/GaAs 量子阱结构的辐射标定因子实验研究………………………………………（12‐2258）·发光产业及技术前沿·温度波动对LED 显示屏白平衡主要参数及图像色调的影响………………………………………（2‐346）基于中性层技术提升柔性OLED 弯曲可靠性研究进展……………………………………………（4‐701）AlGaN 基深紫外LED 的NiAu 透明电极及其接触特性……………………………………………（5‐898）基于原子层沉积的量子点色彩转换膜封装………………………………………………………（6‐1059）基于PtOEP 分子温度探针对OLED 结温的判定及实验研究………………………………………（6‐1069）不同Mo 层厚度的AlN/Mo/Sc 0.2Al 0.8N 复合结构上MOCVD 外延GaN ………………………………（6‐1077）半透明钙钛矿太阳能电池的技术关键……………………………………………………………（9‐1650）高气密性的深紫外LED 半无机封装技术…………………………………………………………（10‐1842）紫外光通信用日盲型LED 研究进展………………………………………………………………（10‐1849）·发光学应用及交叉前沿·近红外二区聚集诱导发光探针在生物医学中的应用………………………………………………（2‐356）水溶性Sm ∶ZnO ‐NH 2量子点荧光探针制备及其用于选择性检测多巴胺…………………………（2‐374）近红外二区聚集诱导发光材料在手术导航上的应用………………………………………………（4‐717）环境水样中S 2-的CQDs 双发射比率荧光测定………………………………………………………（4‐729）零维有机‐无机杂化荧光粉［N （CH 3）4］2GeF 6∶Mn 4+的双模温度传感应用…………………………（5‐904）用于快速检测苯胺的新型氰基苯乙烯荧光探针……………………………………………………（5‐912）高效紫色荧光碳点制备及光学pH检测应用……………………………………………………………（5‐921）基于低维材料的神经形态器件研究进展…………………………………………………………（6‐1085）绿茶衍生碳点用于光动力治疗耐药菌感染………………………………………………………（6‐1112）基于卟啉‐金属有机框架材料的光动力疗法研究进展……………………………………………（8‐1505）基于苯并噻二唑结构的近红外二区有机小分子在生物成像和治疗中的研究进展……………（9‐1667）量子点修饰Ln‐ZIF杂化材料的构筑及其对单宁酸的荧光检测…………………………………（9‐1681）一种比率型荧光聚苯乙烯微球杂化探针用于炭疽病毒标志物的高选择性检测………………（9‐1693）含苯甲酸乙酯结构的共轭材料对硝基芳烃爆炸物的荧光检测…………………………………（10‐1862）基于双发射碳点的荧光探针构建及对水中铜离子的检测………………………………………（10‐1872）多光子成像用上转换纳米粒子的单颗粒研究与应用进展………………………………………（11‐2041）原位成像检测活性酶的分子荧光探针研究进展…………………………………………………（11‐2057）镧系Eu3+/PMMA聚合物杂化探针的制备及其对唾液酸的传感检测应用………………………（11‐2076）煤基碳量子点制备及对环境水中Cr（Ⅵ）的测定…………………………………………………（12‐2265）可见光通信中无人机搜寻通信光源的优化方法…………………………………………………（12‐2277）·理论计算及光谱分析·19芯碲酸盐玻璃放大光纤的低串扰结构设计及性能仿真…………………………………………（4‐694）掺铥锗酸盐激光玻璃光谱特性定量计算与预测……………………………………………………（5‐889）Er3+掺杂锗酸盐激光玻璃猝灭浓度的计算与预测…………………………………………………（6‐1032）Nd3+掺杂磷酸盐激光玻璃猝灭浓度的计算与预测…………………………………………………（6‐1042）基于大尺寸量子阱结构的多激子复合动力学……………………………………………………（6‐1051）新型二维SiO结构及面内应变对其光电性质影响的第一性原理研究…………………………（8‐1496）2·光鉴未来·面向器件化的激光照明用荧光材料设计——简评与展望…………………………………………（5‐759）超高分辨LED显示…………………………………………………………………………………（10‐1721）·发光学基础知识·Mn4+激活氟氧化物强零声子线发射红光荧光粉……………………………………………………（5‐786）Mn4+激活氟化物强零声子线发射红光荧光粉……………………………………………………（10‐1733）面向荧光材料研究的光度学基础…………………………………………………………………（11‐1894）稀土离子的多格位占据及能量传递………………………………………………………………（12‐2120）。

第50卷第3期2021年3月人㊀工㊀晶㊀体㊀学㊀报JOURNAL OF SYNTHETIC CRYSTALS Vol.50㊀No.3March,2021封面图片光学超晶格晶体 实现激光频率转换的无限可能1962年,诺贝尔奖获得者Bloembergen 等提出了准相位匹配(quasi phase matching,QPM)理论,通过对光学晶体的二阶非线性极化率的周期性调制来补偿光频率变换过程中因色散引起的基波和谐波之间的相位失配,从而获得非线性光学效应的有效增强㊂20世纪70年代末,南京大学闵乃本等用晶体生长条纹技术生长出具有周期畴的铌酸锂晶体(后被称为光学超晶格),完成了首次准相位匹配的实验验证㊂20世纪80年代末,他们又提出了多重准相位匹配理论,将准周期(人工准晶)引入光学超晶格㊂到了20世纪90年代初,日本SONY 公司㊁美国斯坦福大学㊁日本大阪大学㊁日本东北大学和中国南京大学等发展出图案极化技术,在铌酸锂(LN)㊁钽酸锂(LT)等不同铁电晶体中实现了铁电畴的周期极化反转,成功实现了倍频输出㊂后来南京大学研究组还将光学超晶格的研究从一维拓展到二维㊁三维,从经典光拓展到非经典光,极大地推动了光学超晶格晶体的应用研究㊂图1㊀光学超晶格晶体晶圆图2㊀光学超晶格晶体芯片㊀㊀光学超晶格光频率转换具有转换效率高㊁设计自由㊁体积小㊁成本低等优点㊂常见的光学超晶格极化晶体材料有PPLN㊁PPLT 和PPKTP,还有PPKTA㊁PPRTP㊁PPRTA㊁PPCTA㊁PPLBGO㊁QPMGaAs 和QPMGaP 等,不同光学超晶格晶体之间优势互补,性能各异,共同构建起一个庞大的应用市场㊂灵活设计和制造光学超晶格晶体,通过频率变换可以得到晶体透光范围内任何波长的激光或纠缠光输出,如高效蓝绿激光㊁中远红外激光㊁医疗用激光㊁太赫兹波等,在激光显示㊁光电对抗㊁量子科技㊁光通信㊁大气探测㊁生物检测和医疗以及太赫兹无损检测等领域有着广阔的应用前景㊂目前光学超晶格晶体正朝着深紫外㊁远红外㊁薄膜化㊁超大尺寸㊁大口径㊁高转换效率波导结构㊁高抗损伤阈值器件等方向发展㊂图3㊀光学超晶格芯片的畴周期结构(a)均匀周期结构;(b)级联周期结构;(c)阵列周期结构;(d)啁啾周期结构;(e)扇形周期结构国际上能提供光学超晶格晶体的公司主要有美国CTI㊁加拿大C2C Link㊁英国Covesion㊁以色列Raicol㊁日本Oxide㊁中国台湾龙彩科技(HCP)和福建中科晶创光电科技有限公司(CTL Photonics,简称中科晶创)等㊂境外的光学超晶格晶体芯片价格十分昂贵,如一片10mm 长的光学超晶格晶体芯片价格在3000~5000美元之间,并且某些光学超晶格晶体对中国禁运㊂中科晶创经过多年发展也具备产业化能力,所开发的多品种光学超晶格晶体已能满足国内外不同用户的需求㊂588㊀封面图片人工晶体学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第50卷本期封面是光学超晶格晶体芯片的结构和工作原理示意图,芯片畴周期结构可以是单个均匀周期结构㊁多周期结构㊁级联周期结构㊁啁啾周期结构和扇形周期结构等㊂两束入射激光经过不同周期结构的光学超晶格晶体芯片的频率转换,如差频㊁和频㊁倍频㊁三倍频和光学参量振荡等,得到晶体透光范围内任何波长的激光或纠缠光输出㊂图4㊀通过不同周期结构的频率变换可以得到晶体透光范围内任何波长的激光或纠缠光输出(中国科学院福建物质结构研究所梁万国供稿)。

一种基于Nd：GdVO4／PPMgLN的蓝光激光器【摘要】利用准相位匹配周期极化掺杂氧化镁（MgO）的铌酸锂（PPMgLN）晶体作为倍频晶体，在晶体最佳工作温度（25℃）时，当作为泵浦源的激光二极管的泵浦激光功率达到4.8W，输出得到了456nm的连续蓝光，最大输出功率为240mW，光光转换效率为5%。

倍频晶体PPMgLN的尺寸为3×3×3mm3，极化周期为4.2μm。

在此实验的基础上，制成了一台小型全固态456nm连续蓝光激光器。

【关键词】蓝光激光器；周期极化；PPMgLN；准相位匹配；倍频1.引言中小功率的全固态蓝光激光器和相对成熟的红绿激光器一起，可以作为彩色显示的三基色光源。

这种新型的光源，由于其结构紧凑、稳定性高、寿命长等优点成为近年来激光显示领域的热点研究领域。

目前，获得蓝色激光的主要方式有以下几种：1）半导体材料直接发射蓝光；2）由激光二极管输出激光的倍频；3）蓝色波导激光器；4）以上转换材料为增益介质的蓝光激光器；5）利用倍频、和频、光参量振荡等非线性光学手段产生蓝光[1]。

近年来，随着工艺的提高，利用准相位匹配QPM（Quasi-Phase Matching）的周期极化晶体的工艺也已逐渐成熟，准相位匹配技术[2-5]大大拓宽了非线性晶体的应用范围。

周期极化LiNbO3晶体（PPLN），具有较高的电光效应、非线性光学和光折变效应及其他的许多优良的特性[6]，尤其是掺杂MgO之后，其矫顽场降低，光折变损伤阈值得到了提高。

高兰兰等报道过使用BBO倍频晶体得到了蓝色激光[7]，楼祺洪等报道过利用PPMgLN波导倍频蓝光，得到了20mW的连续激光输出[8]，但波导式PPMgLN 与本文所指的体PPMgLN相比，制作工艺复杂，价格昂贵，不适合应用于消费类工业产品中。

本文利用体PPMgLN晶体作为倍频晶体，在4.8W泵浦光作用下，输出得到了456nm的连续蓝光，最大输出功率为240mW，并在此实验的基础上，制成了一台小型全固态456nm连续蓝光激光器。

周期极化基质材料钽酸锂/铌酸锂类晶体生长与性质研究激光显示具有高亮度、宽色域、高对比度和长寿命等优点,代表着显示技术的发展方向。

以三基色(红绿蓝)全固态激光器为光源的激光显示是当今新型显示领域研究的热点。

目前红色和蓝色激光光源一般采用半导体激光器,而大功率绿光半导体激光器技术尚不成熟,因而采用了基于非线性频率变换技术的固态激光器。

基于准相位匹配的周期极化铌(钽)酸锂类晶体,由于其非常高的非线性效率、体积小、易于实现热管理及容易实现产业化等优点,是用于绿色全固态激光器有重要应用前景的非线性器件。

铌(钽)酸锂晶体,三方晶系,3m点群,晶体结构以铌(钽)氧八面体和锂氧四面体为主体,在居里温度以下铌(钽)、锂阳离子与阴离子中心在主轴方向上有位移,形成自发极化,利用周期计划技术,可以制备出满足准位相匹配的要求的周期极化铌(钽)酸锂晶体。

同成分铌(钽)酸锂晶体内部本征缺陷密度大,影响晶体的物理性能。

生长掺镁铌(钽)酸锂晶体(MgO:LN/LT)和近化学计量比铌(钽)酸锂晶体(SLN/SLT)是两个非常有效的改进晶体性能的途径。

而掺镁近化学计量比铌(钽)酸锂晶体(MgO:SLN/MgO:SLT)理论上综合了两种改进方案,是性能最优越的铌(钽)酸锂类晶体。

另外,通过非线性光学技术,拓展激光波长,获得更加丰富的光谱范围越来越受到国际上的重视。

采用基于准相位匹配技术的周期极化钽酸锂晶体,通过光参量振荡过程可以实现3-5μm波段的中红外连续可调谐激光输出。

由于SLT和MgO:SLT的矫顽场低且抗光伤阈值高,可以实现Z方向较大厚度(3mm)的铁电畴周期反转,使通光孔径最大化,增加中红外激光输出功率,满足更广泛的应用需求。

然而目前SLT和MgO:SLT晶体材料的缺乏严重限制了其在这方面应用研究的发展。

将多种功能复合,在一种晶体上同时实现不同的物理过程,是实现激光器件小型化的重要途径。

将周期极化铌酸锂/钽酸锂的自倍频性质与激光激活粒子的相结合,形成的基于稀土的激光性能与非线性晶体耦合效应的自倍频和自泵浦光参量振荡,是实现激光器小型化的重要方向。

第30卷第4期强激光与粒子束V o l.30,N o.4 2018年4月H I G H P OW E R L A S E R A N D P A R T I C L E B E AM S A p r.,2018基于单块周期极化铌酸锂晶体级联三倍频的440n m蓝光固体激光器*张旭光1,2,3,王卫民1,鲁燕华1,许夏飞1,张雷1,任怀瑾1,刘芳1,孙军4,5,6,阮旭1,2,闫雪静1,2,孙舒娟1,2(1.中国工程物理研究院应用电子学研究所,四川绵阳621900;2.中国工程物理研究院研究生院,北京100088;3.中国工程物理研究院高能激光科学与技术实验室,四川绵阳621900;4.南开大学物理科学学院,天津300071;5.南开大学弱光非线性光子学教育部重点实验室,天津300457;6.山西大学极端光学协同创新中心,太原030006)摘要:阐述了一种基于单块周期极化铌酸锂晶体级联三倍频实现440n m蓝光输出的实验方案㊂根据周期极化铌酸锂晶体的S e l l m e i e r方程以及倍频与和频的相位匹配条件,在一块周期极化铌酸锂晶体上设计了两段不同的极化周期,使其在同一工作温度下能分别实现倍频与和频,在先后经过倍频与和频后,实现级联三倍频输出㊂实验采用N d:Y A G产生的1319n m光作为基频光,重频400H z,脉宽110n s,横向和纵向光束质量因子分别为1.81和2.65㊂耦合进周期极化铌酸锂晶体后,出射光中检测到660n m的红光和440n m的蓝光㊂通过调整工作温度和入射基频光功率,得到2.4mW的最大蓝光输出,此时工作温度55.5ħ,基频光功率530mW㊂实验结果验证了单块晶体实现级联三倍频440n m蓝光输出的可行性㊂关键词:固体激光器;级联三倍频;周期极化晶体中图分类号: T N248.1; O437.1文献标志码: A d o i:10.11884/H P L P B201830.170483蓝光激光器是近年来激光研究的一个热点,它在高密度光存储㊁生物与医学检测㊁彩色显示㊁水下成像与通信以及先进制造业等领域有广泛应用[1-3]㊂非线性频率变换是获得蓝光激光的常用手段,它利用非线性材料特性产生的二阶㊁三阶甚至更高阶的非线性效应来获得新的频率㊂我们一般利用二阶非线性效应获得蓝光激光,其非线性系数要比高阶的非线性系数大,这通常意味着更高的转换效率[4]㊂通过二阶非线性效应获得蓝光激光一般需要倍频(S H G)㊁和频(S F G)过程㊂例如946n m基频光可通过倍频获得473n m的蓝光[5],然而946n m的受激发射截面较小,是一个三能级跃迁过程,因此需要较高的泵浦功率,热效应明显[6]㊂1342n m基频光可以通过一块单周期的周期极化钽酸锂晶体(P P L T)实现耦合三倍频,获得447n m的蓝光[7],然而P P L T晶体实现耦合三倍频的方式只能应用于一个很窄的波段㊂另外,880n m 基频光可以通过倍频获得440n m蓝光[8],但880n m基频光同样基于三能级跃迁㊂获得440n m蓝光的另一种方式是1319n m基频光的级联三倍频(T H G)[6]㊂级联三倍频是指利用倍频与和频的级联方式实现三倍频,该过程一般需要两块晶体分别实现倍频与和频过程[9]㊂1319n m三倍频实现蓝光输出的报道较多,天津大学的赵景山采用平凹直腔结构,磷酸氧钛钾(K T P)晶体腔内倍频,β-硼酸钡(B B O)晶体腔外和频的方式,得到了4.2W的准连续蓝光输出[10];长春理工大学的王峰采用Z型腔结构㊁两块三硼酸锂(L B O)晶体分别进行倍频与和频,得到了6.8W的准连续蓝光输出[11];X.M u和Y.J.D i n g曾报道过一种单块晶体实现级联三倍频的方式,他们使用一块部分周期极化的磷酸氧钛钾(K T P)晶体,通过一个双温温控炉进行精确的温度控制,实现了级联三倍频蓝光输出[6]㊂要实现非线性频率变换,就要利用非线性晶体来产生非线性效应㊂对于L B O,K T P,B B O等非线性晶体,需要通过角度相位匹配或温度相位匹配的方式满足相位匹配条件,实现非线性频率变换[12]㊂该方式必须按照特定方向切割晶体或是维持在一个特定的工作温度,一般会产生走离效应,并且往往无法利用晶体的最大非线性系数,这限制了非线性转换效率的提高㊂准相位匹配技术利用周期极化晶体实现非线性频率变换,该技术不需要在角度或者温度上实现相位匹配,理论上可以利用晶体的最大非线性系数,而且不会产生走离效应[13-15]㊂针对1319n m波长的三倍频,本文选择采用单块晶体实现级联三倍频的思路,而不是两块晶体分别实现*收稿日期:2017-11-29;修订日期:2018-01-04基金项目:国家自然科学基金项目(61575099);中国工程物理研究院院长基金项目(201501023)作者简介:张旭光(1991-),男,硕士,主要从事激光应用及非线性光学研究;z h a n g_131517@163.c o m㊂041005-1041005-2倍频与和频的方式㊂通过设计P P L N 晶体中倍频与和频部分的极化周期,使其在同一工作温度下能够同时实现倍频与和频㊂这与两块晶体实现级联三倍频相比,结构更加紧凑,温控要求也较简单㊂1 理论研究周期极化晶体中的耦合波方程为∂E 1∂z =i ω12n 1c d 33E 3E *2ðɕm =-ɕG m e x p [i Δk -2πm æèçöø÷Λz ](1)∂E 2∂z =i ω22n 2c d 33E 3E *1ðɕm =-ɕG m e x p [i Δk -2πm æèçöø÷Λz ](2)∂E 3∂z =i ω32n 3c d 33E 1E 2ðɕm =-ɕG m e x p [-i Δk -2πm æèçöø÷Λz ](3)式中:d 33为晶体非线性系数;G m =2s i n (m πD )/m π;D 为极化晶体的占空比;m 为极化周期阶数;为保证较大的非线性系数,D =0.5,m =1或3;Λ为极化周期,ω为频率,n 为折射率;下标1,2,3分别代表基频光㊁倍频光㊁三倍频光㊂当Δk -2πm /Λ=0时,满足相位匹配条件㊂倍频与和频时的相位匹配条件分别为[16]Δk S H G =k 2-2k 1=2m πΛS H G(4)Δk S F G =k 3-k 2-k 1=2m ᶄπΛS F G(5)式中:m ᶄ为和频极化周期㊂根据式(4),(5)可推导得出周期极化晶体所需极化周期ΛS H G =mn 3λ3-2n 1λ1(6)ΛS F G =m ᶄn 3λ3-n 2λ2-n 1λ1(7) 根据P P L N 的S e l l m e i e r 方程[17],可得到P P L N 晶体在不同温度下,各波长对应的e 光折射率n 2e =a 1+b 1f +a 2+b 2f λ2-(a 3+b 3f )2+a 4+b 4f λ2-a25-a 6λ2(8)f =(T -24.5)(T +570.82)(9)式中:λ为波长,单位μm ,T 为工作温度,单位ħ㊂表1 S e l l m e i e r 方程参数T a b l e 1 P a r a m e t e r s o f S e l l m e i e r e qu a t i o n pa r a m e t e r v a l u ea 15.756a 20.0983a 30.2020a 4189.32a 512.52a 61.32ˑ10-2b 12.860ˑ10-6b 24.7ˑ10-8b 36.113ˑ10-8b 41.516ˑ10-4 对于实验中用到的掺物质的量分数为5%的氧化镁(M gO )的P P L N 晶体,S e l l m e i e r 方程系数[17]如表1㊂ 对于1319n m 的三倍频,λ=λ1=2λ2=3λ3=1319n m ㊂倍频的极化周期阶数m =1,和频的极化周期阶数m ᶄ=3,此时Λ=f n 1(T ),n 2(T ),n 3(T []),则Λ=g (T )㊂ 相应的一阶倍频极化周期的P P L N ,其倍频转换效率为ηS H G=n 2n 1ta n h 2L S H G L æèçöø÷c s i n c 2(Δk S H G L S H G 2)(10)L c =c n 12ω2d 33æèçöø÷π-12P ωS 1n 1c εæèçöø÷0-12(11)式中:P ω为1319n m 光功率㊂和频过程中1319n m 与660n m 光子数理想比为1ʒ1,高斯光束倍频后660n m 光斑面积为基频光的0.5倍,故级联三倍频中,倍频的理想转换效率为50%,1319n m 与660n m 功率比为1ʒ1㊂三阶极化和频周期的P P L N ,其和频转换效率为ηS F G=3s i n 243πc 2ω2n 2n 3E æèçöø÷1si n c 2(Δk S F G L S F G 2)(12)强激光与粒子束041005-3E 1=P ω(1-ηS H G )S 1n 1c ε0(13)式中:S 1是光斑面积;L S H G 和L S F G 分别是倍频与和频部分的晶体长度;Δk S H G 和Δk S F G 分别是倍频与和频的相位失配量,与温度㊁极化周期㊁波长等因素有关㊂2 晶体结构与实验装置晶体倍频部分长度为5mm ,极化周期13.0μm ,和频部分长度为35mm ,极化周期为12.4μm ㊂晶体结构如图1所示㊂实验中,基频光谐振腔使用N d :Y A G 平-平腔,声光调Q ,并加入1064n m 高反的45ʎ镜抑制1064n m 光起振,加入偏振片保证偏振输出㊂第一个1319n m 半波片与后面的偏振片组合使用,用以调整入射到P P L N 晶体中的基频光功率,这与调整泵浦功率的方式相比,可以避免因泵浦功率变化带来的基频光束腰及其位置的变化㊂第二个1319n m 半波片用来调整基频光偏振态㊂耦合透镜用来调整束腰半径,色散棱镜将1319,660,440n m 光分开㊂实验光路如图2所示㊂F i g .1D i a g r a mo f P P L N 图1 P P L N 晶体结构F i g .2 E x p e r i m e n t a l s e t u p f o r t h i r d -h a r m o n i c g e n e r a t i o n 图2 三倍频实验光路图3 实验结果及分析实验获得的1319n m 基频光,重频400H z ,脉宽110n s ,光束质量M 2x =1.81,M 2y =2.65㊂P P L N 晶体工作温度55.5ħ时,可获得最大功率蓝光输出㊂光谱仪测得的光谱如图3所示㊂ 蓝光中心波长439.5n m ,红光中心波长659.4n m ㊂在基频光最大入射功率530mW 时,通过测量1319n m 光射入P P L N 晶体前的功率与经过色散棱镜后,440,660n m 以及1319n m 光的总功率,发现有28.87%的损耗,这主要是P P L N 晶体以及色散棱镜未镀膜造成的表面反射损耗㊂660n m 红光输出功率如图4所示㊂P 为基频光功率,P 660为660n m 红光光功率,图中黑色曲线为测量拟合曲线,黑色虚线为考虑28.87%的损耗以后的理论计算曲线,灰色虚线为理论计算曲线乘以50%后的结果,该曲线与实验结果基本吻合㊂F i g .3 S p e c t r o gr a m s o f 440a n d 660n mla s e r s 图3 440n m 和660n m 光谱F i g .4 R e l a t i o nb e t w e e n f u n d a m e n t a l f r e q u e n c y l i gh t p o w e r P a n d 660n mr e d l i g h t p o w e r P 660图4 660n m 红光光功率与基频光功率之间的关系张旭光等:基于单块周期极化铌酸锂晶体级联三倍频的440n m 蓝光固体激光器041005-4440n m 蓝光输出功率如图5所示㊂P 440为440n m 蓝光光功率㊂图中黑色曲线为测量拟合曲线,灰色虚线为倍频理论计算乘以50%后的三倍频理论计算曲线㊂ 实验获得的蓝光最大输出功率2.4mW ,红光最大输出功率147mW ㊂倍频部分的理论计算与实验结果大致吻合㊂存在差距的原因主要是基频光带宽,高斯光束发散角,以及光束半径变化这些因素并未在理论计算中考虑㊂蓝光部分的理论计算与实验结果差距较大,除以上影响因素外,极化周期的加工误差也是主要影响因素之一㊂极化周期存在加工误差,会导致工作温度与计算结果存在差异,通常情况下,极化周期误差导致的相位失配可以通过调整工作温度进行补偿,但因为单块晶体存在两个极化周期,其误差并不相同,难以在同一温度下同时完全补偿倍频与和频的相位失配量㊂级联三倍频过程要求先实现倍频过程,我们可以认为极化周期误差导致和频工作温度相对倍频工作温度产生了偏移,当偏移量过大时,转换效率将明显下降,具体如图6所示㊂灰色曲线表示工作温度与倍频效率的关系,T 为倍频的理想工作温度㊂黑色曲线分别表示和频过程的理想工作温度与T 吻合,以及存在ΔT ,ΔT ᶄ时的转换效率,可以看到温度差对转换效率带来的显著影响㊂F i g .5 R e l a t i o nb e t w e e n f u n d a m e n t a l f r e q u e n c y l i gh t p o w e r P a n d440n mr e d l i g h t p o w e r P 440图5 440n m蓝光光功率与基频光功率之间的关系F i g .6 R e l a t i o nb e t w e e nm a t c h i n g t e m pe r a t u r e a n d c o n v e r s i o nef f i c i e n c y图6 匹配温度与转换效率之间的关系虽然极化周期误差对转换效率的影响比较大,但可以通过合理设计并提高加工精度以减小误差来提高转换效率㊂除以上因素外,温控的精度以及稳定度也会对蓝光输出产生影响㊂4 结 论实验成功实现了2.4mW 的440n m 蓝光输出㊂结果表明,对于1319n m 基频光,单块晶体㊁同一工作温度下实现级联三倍频的方案是可行的㊂在提高极化周期精度与基频光光束质量㊁压缩基频光带宽的条件下,通过精确的温度控制,提高三倍频转换效率,实现高功率㊁高效率的440n m 蓝光输出是可能的㊂参考文献:[1] S a k u m a J ,A s a k a w aY ,O b a r aM.G e n e r a t i o n o f 5-Wd e e p -U Vc o n t i n u o u s -w a v e r a d i a t i o n a t 266n mb y a n e x t e r n a l c a v i t y w i t h aC s L i B 6O 10c r y s t a l .[J ].O p t i c sL e t t e r s ,2004,29(1):92-94.[2] S e y e d ,E b r a h i m ,P o u r m a n d ,e t a l .E f f e c t s o f 946-n mt h e r m a l s h i f t a n db r o a d e n i n g o nN d 3+:Y A Gl a s e r p e r f o r m a n c e [J ].C h i n e s eP h ys i c s B ,2015,24(12):342-345.[3] W a n g G ,G e n g A ,B oY ,e t a l .28.4W266n mu l t r a v i o l e t -b 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m蓝光激光器的研究[D].长春:长春理工大学,2014.(W a n g F e n g.R e s e a r c ho nh i g h-p o w e r q u a s i-C W440n mb l u e l a s e r.C h a n gc h u n:C h a n g c h u nU n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y,2014)[12] W a l t e rK.S o l i d-s t a t e l a s e r e n g i n e e r i n g[M].5t he d.B e i j i n g:W o r l dB o o k I n c,2005.[13] C h e nQ,R i s k W P.P e r i o d i c p o l i n g o fK T i O P O4u s i n g a na p p l i e d e l e c t r i c f i e l d[J].E l e c t r o n i c sL e t t e r s,1994,30(18):1516-1517.[14] B u r n sW K,M c e l h a n o nW,G o l d b e r g L.S e c o n d h a r m o n i c g e n e r a t i o n i n f i e l d p o l e d,q u a s i-p h a s e-m a t c h e d,b u l kL i N b O3[J].I E E EP h o t o n-i c sT e c h n o l o g y L e t t e r s,1994,6(2):252-254.[15] Z h a i K,Z h a n g S,M aX,e t a l.T e m p e r a t u r e d e p e n d e n c e o f f i b e r-f o r m a tm u l t i w a v e l e n g t h g e n e r a t i o n p r o c e s s i n b u l kM g O-P P L Nc r y s t a l v i ah i 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i1, R e nH u a i j i n1,L i uF a n g1, S u n J u n4,5,6, R u a nX u1,2, Y a nX u e j i n g1,2, S u nS h u j u a n1,2(1.I n s t i t u t e o f A p p l i e dE l e c t r o n i c s,C A E P,M i a n y a n g621900,C h i n a;2.G r a d u a t e S c h o o l o f C h i n aA c a d e m y o f E n g i n e e r i n g P h y s i c s,B e i j i n g100088,C h i n a;3.K e y L a b o r a t o r y o f S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y o n H i g hE n e r g y L a s e r,C A E P,M i a n y a n g621900,C h i n a;4.S c h o o l o f P h y s i c s,N a n k a i U n i v e r s i t y,T i a n j i n300071,C h i n a;5.M O EK e y L a b o r a t o r y o f W e a k-L i g h tN o n l i n e a rP h o t o n i c s,N a n k a i U n i v e r s i t y,T i a n j i n300457,C h i n a;6.C o l l a b o r a t i v e I n n o v a t i o nC e n t e r o f E x t r e m eO p t i c s,S h a n x i U n i v e r s i t y,T a i y u a n030006,C h i n a)A b s t r a c t: A440n ms o l i d-s t a t eb l u e l a s e r p r o d u c e db y a p e r i o d i c a l l yp o l e d l i t h i u mn i o b a t e(P P L N)c r y s t a l b a s e do n c a s c a-d e d t h i r d-h a r m o n i c g e n e r a t i o n(T H G)i s i n t r o d u c e d.A c c o r d i n g t oS e l l m e i e re q u a t i o na n d p h a s e-m a t c h i n g c o n d i t i o n so f s e c o n d-h a r m o n i c g e n e r a t i o n(S H G)a n d s u m-f r e q u e n c yg e n e r a t i o n(S F G),t w od i f f e r e n t p o l i n gp e r i o d s o f P P L N w e r e d e s i g n e d t o r e a l i z e S H Ga n dS F Ga t t h e s a m ew o r k i n g t e m p e r a t u r e,a n d t h e n t h e c a s c a d e dT H Gc a nb e r e a l i z e d t h r o u g hS H Ga n dS F G.T h e f u n d a-m e n t a l l a s e rw a s p r o d u c e d b y N d:Y A G,a n d h a d a110n s p u l s ew i d t h a t400H z p u l s e r e p e t i t i o n r a t ew i t h am e a s u r e d b e a m q u a l i-t y o f M2x=1.81a n d M2y=2.65.I tw a s c o u p l e d i nP P L Na n d t h e660n ma n d440n ml a s e rw e r e d e t e c t e da f t e r i t p a s s e d t h r o u g h t h e c r y s t a l.T h em a x i m u mo u t p u t p o w e r o f440n ml a s e rw a s2.4mW w h e r e t h ew o r k i n g t e m p e r a t u r ew a s55.5ħ,a n d t h e p o w-e r o f1319n ml a s e rw a s530mW.I t i s p r o v e d t h a t a c a s c a d e dT H G440n mb l u e l a s e r c a n b e r e a l i z e d b y t h i sm e t h o d a n d i t c a n r e-a l i z e ah i g h p o w e r a n dh i g he f f i c i e n c y b l u e l a s e r a f t e r o p t i m i z a t i o n.K e y w o r d s:s o l i d-s t a t e l a s e r;c a s c a d e d t h i r d-h a r m o n i c g e n e r a t i o n;p e r i o d i c a l l yp o l e d c r y s t a lP A C S:42.55.-f;42.65.-k041005-5。

专利名称：基于单块周期极化晶体输出双波长激光和太赫兹波的装置
专利类型：发明专利
发明人：熊波,李晋闽,林学春,侯玮,郭林,张玲,孙陆
申请号：CN201010257017.7
申请日：20100818
公开号：CN101924318A
公开日：
20101222
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种基于单块周期极化晶体输出双波长激光和太赫兹波的装置，包括全反镜(1)、侧泵激光头(2)、声光Q开关(3)、平凹镜(4)、周期极化晶体(5)、控温炉(6)和平面输出镜(7)，其中控温炉(6)用于控制周期极化晶体(5)的工作温度，全反镜(1)、侧泵激光头(2)、声光Q开关(3)、平凹镜(4)、周期极化晶体(5)和平面输出镜(7)依次排列于同一光路上，平凹镜(4)的平面S1朝向声光Q开关(3)，平凹镜(4)的凹面S2朝向周期极化晶体(5)。

本发明使用单块周期极化晶体，可同时实现双波长中红外激光输出和太赫兹辐射，整个装置结构简单紧凑，光路易于调节，且太赫兹辐射转换效率高。

申请人：中国科学院半导体研究所
地址：100083 北京市海淀区清华东路甲35号
国籍：CN
代理机构：中科专利商标代理有限责任公司
代理人：周国城
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第41卷第4期人工晶体学报Vol．41No．42012年8月JOURNAL OF SYNTHETIC CRYSTALS August ，2012La 2CaB 10O 19晶体三倍频特性表征王丽荣1，2，吴洋1，2，王桂玲1，张建秀1，陈创天1（1．中国科学院理化技术研究所北京人工晶体研究与发展中心，中国科学院功能晶体与激光技术重点实验室，北京100190；2．中国科学院研究生院，北京100049）摘要：本文研究了LCB 晶体主平面内有效非线性光学系数最大的相位匹配方向上的三倍频特性，所用LCB 晶体切割方向为：θ=48．7ʎ，φ=90ʎ，晶体尺寸：4ˑ4ˑ10mm 3。

测量了它的角度带宽：θ角的角度带宽△θˑl 为1．15mrad-cm ；φ角的角度带宽△φˑl 为86．15mrad-cm 。

还对其温度带宽进行了测定，结果为7．6ħ-cm 。

利用这块晶体，得到了最高为31．8%的三倍频转换效率，而在相同实验条件下用LBO 晶体（尺寸与LCB 相同）得到的转换效率最高为38．4%。

关键词：LCB ；非线性光学晶体；三倍频；紫外激光中图分类号：O78文献标识码：A 文章编号：1000-985X （2012）04-0849-04收稿日期：2012-03-21；修订日期：2012-04-09基金项目：国家自然科学基金（50972149，61138004）作者简介：王丽荣（1983-），女，河北省人，博士。

E-mail ：wanglirong@mail．ipc．ac．cn 通讯作者：王桂玲，研究员。

E-mail ：glwang@mail．ipc．ac．cn Characterization of La 2CaB 10O 19Crystal onThird-harmonic GenerationWANG Li-rong 1，2，WU Yang 1，2，WANG Gui-ling 1，ZHANG Jian-xiu 1，CHEN Chuang-tian 1（1．Beijing Center for Crystal Research and Development ，Key Laboratory of Functional Crystals and Laser Technology ，Technical Institute of Physics and Chemistry ，Chinese Academy of Sciences ，Beijing 100190，China ；2．Graduate University of Chinses Academy of Sciences ，Beijing 100049，China ）（Received 21March 2012，accepted 9April 2012）Abstract ：Characterization of La 2CaB 10O 19crystal on third-harmonic generation is investigated．The LCB crystal is cut at θ=48．7ʎ，φ=90ʎ，in which the effective nonlinear optical coefficient is largest in principle plane ，and the dimension is 4ˑ4ˑ10mm 3．The angular bandwidth are measured with the result of △θˑl =1．15mrad-cm and △φˑl =86．15mrad-cm．The temperature bandwidth was also measured to be 7．6ħ-cm．A conversion efficiency as high as 31．8%was obtained with this crystal ，and the highest conversion efficiency with LBO crystal under the same experimental condition is 38．4%．Key words ：LCB ；non-linear optical crystal ；third-harmonic generation ；ultraviolet laser1引言355nm 紫外激光凭借其波长短、能量高、加工精度高等优点被越来越多的应用于电阻微调、存储器修复、打孔、雕刻、切割等领域［1］。

基于单块周期极化铌酸锂晶体级联三倍频的440nm蓝光固体激光器张旭光;闫雪静;孙舒娟;王卫民;鲁燕华;许夏飞;张雷;任怀瑾;刘芳;孙军;阮旭【期刊名称】《强激光与粒子束》【年(卷),期】2018(030)004【摘要】阐述了一种基于单块周期极化铌酸锂晶体级联三倍频实现440 nm 蓝光输出的实验方案.根据周期极化铌酸锂晶体的 Sellmeier方程以及倍频与和频的相位匹配条件,在一块周期极化铌酸锂晶体上设计了两段不同的极化周期,使其在同一工作温度下能分别实现倍频与和频,在先后经过倍频与和频后,实现级联三倍频输出.实验采用Nd:YAG产生的1319 nm光作为基频光,重频400 Hz,脉宽110 ns,横向和纵向光束质量因子分别为1.81和2.65.耦合进周期极化铌酸锂晶体后,出射光中检测到660 nm 的红光和440 nm 的蓝光.通过调整工作温度和入射基频光功率,得到2.4 mW的最大蓝光输出,此时工作温度55.5 ℃,基频光功率530 mW.实验结果验证了单块晶体实现级联三倍频440 nm蓝光输出的可行性.%A 440 nm solid-state blue laser produced by a periodically poled lithium niobate (PPLN)crystal based on casca-ded third-harmonic generation (THG)is introduced.According to Sellmeier equation and phase-matching conditions of second-harmonic generation (SHG)and sum-frequency generation (SFG),two different poling periods of PPLN were designed to realize SHG and SFG at the same working temperature,and then the cascaded THG can be realized through SHG and SFG.The funda-mental laser was produced by Nd:YAG,and had a 110 ns pulse width at 400 Hzpulse repetition rate with a measured beam quali-ty of M2x=1.81 andM2y=2.65.It was coupled in PPLN and the 660 nm and 440 nm laser were detected after it passed through the crystal.The maximum output power of 440 nm laser was 2.4 mW where the working temperature was 55.5 ℃,and the pow-er of 1319 nm laser was 530 mW.It is proved that a cascaded THG 440 nm blue laser can be realized by this method and it can re-alize a high power and high efficiency blue laser after optimization.【总页数】5页(P25-29)【作者】张旭光;闫雪静;孙舒娟;王卫民;鲁燕华;许夏飞;张雷;任怀瑾;刘芳;孙军;阮旭【作者单位】中国工程物理研究院应用电子学研究所,四川绵阳621900;中国工程物理研究院研究生院,北京100088;中国工程物理研究院高能激光科学与技术实验室,四川绵阳621900;中国工程物理研究院应用电子学研究所,四川绵阳621900;中国工程物理研究院研究生院,北京100088;中国工程物理研究院应用电子学研究所,四川绵阳621900;中国工程物理研究院研究生院,北京100088;中国工程物理研究院应用电子学研究所,四川绵阳621900;中国工程物理研究院应用电子学研究所,四川绵阳621900;中国工程物理研究院应用电子学研究所,四川绵阳621900;中国工程物理研究院应用电子学研究所,四川绵阳621900;中国工程物理研究院应用电子学研究所,四川绵阳621900;中国工程物理研究院应用电子学研究所,四川绵阳621900;南开大学物理科学学院,天津300071;南开大学弱光非线性光子学教育部重点实验室,天津300457;山西大学极端光学协同创新中心,太原030006;中国工程物理研究院应用电子学研究所,四川绵阳621900;中国工程物理研究院研究生院,北京100088【正文语种】中文【中图分类】TN248.1;O437.1【相关文献】1.基于掺镁周期极化铌酸锂晶体的内腔单共振连续可调谐光参量振荡器 [J], 苏辉;李志平;段延敏;王小蕾;朱海永2.基于非周期极化铌酸锂晶体产生任意频率太赫兹辐射 [J], 毋雪;朱巧芬;张岩3.基于周期性极化铌酸锂晶体的电光开关 [J], 陈险峰;刘坤;石剑虹4.基于单块周期极化晶体的级联三倍频蓝光输出技术的研究 [J], 张旭光;鲁燕华;许夏飞;张雷;任怀瑾;刘芳;孙军;王卫民;;;;;;;;5.基于严格耦合波理论的周期性极化铌酸锂晶体的电光衍射性质分析 [J], 万玲玉;卢智勇;廖洋;超亮芳;胡龙敢因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

GaN基蓝光LED单偏振输出及高光提取效率的实现江达飞;江孝伟;张丽娜【摘要】In order to improve light extraction efficiency of a flip-chip light-emitting diode (LED) and realize single polarization light output, three models of normal, flip-chip and integrated metal sub-wavelength grating flip-chip LED were established. RSOFT software was used to simulate and optimize the device, and theoretical analysis and simulation verification were carried out. The results show that, flip-chip LED can improve the light extraction efficiency, but it is very sensitive to the thickness of P-GaN layer and can not output single polarized light. Flip-chip LED integrated with metal sub-wavelength grating can achieve single polarized light output without the influence of P-GaN layer thickness; this kind of LED can output stable polarized light, but it is heavily affected by grating parameters and thickness of transition layer. The thickness of transition layer and parameters are very significant. By optimizing the structure, the extraction efficiency can reach 57.63％ and the polarization extinction ratio can reach 25.8 dB. The research has some guidance for manufacturing blue ray LED with high performance.%为了提高倒装发光二极管 (LED) 光提取效率的同时实现单偏振光输出, 建立了正装、倒装和集成金属亚波长光栅倒装LED 3种模型, 采用RSOFT软件进行仿真对比及器件优化, 并进行了理论分析和模拟验证.结果表明, 倒装LED虽然可以提高光提取效率但对P-GaN层厚非常敏感, 无法单偏振光输出;集成了金属亚波长光栅的倒装LED可以不受P-GaN层厚影响, 实现单偏振光输出, 但要输出稳定偏振光, 受光栅参量和介质过渡层厚度影响非常显著;优化后的结构可以实现57.63％的光提取效率, 偏振消光比达到25.8dB.该研究对制造高性能蓝光LED具有一定的指导作用.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2019(043)002【总页数】5页(P184-188)【关键词】衍射与光栅;光提取效率;RSOFT软件;发光二极管;消光比;单偏振【作者】江达飞;江孝伟;张丽娜【作者单位】衢州职业技术学院信息工程学院,衢州 324000;衢州职业技术学院信息工程学院,衢州 324000;北京工业大学电子信息与控制工程学院光电子技术实验室,北京 100124;衢州职业技术学院信息工程学院,衢州 324000【正文语种】中文【中图分类】TN312+.8引言发光二极管(light-emitting diode，LED)作为替代白炽灯的下一代光源，由于具有阈值小、寿命长、体积小等特点而被广泛的关注[1]，在实际生活中也被应用在各个领域,如交通信号灯[2]、液晶显示[3]、光互连[4]、磁光存储[5]、可见光通信[6]等。

高通量条件下KDP晶体三倍频参数的优化
秘国江;魏晓峰;袁晓东
【期刊名称】《强激光与粒子束》
【年(卷),期】1999(11)3
【摘要】采用四阶龙格－库塔（Ｒ－Ｋ）数值计算方法，以Ⅰ／Ⅱ角度失谐和Ⅱ／Ⅱ偏振失配两种三倍频方案为例，给出了入射基频光为平面方波，功率密度５ＧＷ／ｃｍ＾２的情况下，ＫＤＰ晶体三倍频参数的优化结果。

【总页数】1页(P313)
【作者】秘国江;魏晓峰;袁晓东
【作者单位】中国工程物理研究院核物理与化学研究所激光技术工程部;四川大学激光物理与化学研究所
【正文语种】中文
【中图分类】O437.1
【相关文献】
1.KDP晶体SPDT加工工艺参数优化研究 [J], 关佳亮;路文文;戚泽海;孙晓楠
2.振幅调制和位相扰动条件下三倍频器参数的优化 [J], 李强;张彬;蔡邦维
3.晶体级联方式宽带三倍频方案的参数优化 [J], 李琨;张彬;袁晓东;魏晓峰
4.振幅调制和位相扰动对三倍频参数优化的影响 [J], 李强;张彬;蔡邦维;李恪宇;魏晓峰
5.KDP晶体离子束抛光温度场模拟与工艺参数优化 [J], 邓鸿飞;袁征;解旭辉;周林;胡皓
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基于外腔面发射激光器腔内三倍频的可调谐紫外激光器
成佳;伍亚东;晏日;彭雪芳;朱仁江;王涛;蒋丽丹;佟存柱;宋晏蓉;张鹏
【期刊名称】《物理学报》
【年(卷),期】2024(73)8
【摘要】紫外激光器具有频率高、波长短、单光子能量大以及空间分辨率高等特点,在精细加工、生命科学、光谱学等许多方面应用前景广阔.本文报道了一种基于外腔面发射激光器腔内三倍频的可调谐紫外激光器.该激光器采用了W型谐振腔,并插入双折射滤波片作为偏振和波长调谐元件,通过Ⅰ类相位匹配的LBO晶体对980 nm基频光进行倍频产生490 nm蓝光,再通过Ⅰ类相位匹配的BBO晶体对9.80 nm基频光和490 nm倍频光进行和频获得327 nm紫外输出.当LBO和BBO晶体的长度都为5 mm时,在环境温度为15℃,泵浦功率为47 W的条件下,实验输出的327 nm紫外激光功率达到538 mW.选择厚度为2 mm的双折射滤波片作为调谐元件,可获得的紫外激光器输出波长的连续调谐范围为8.6 nm.该紫外激光器同时显示了良好的光束质量和较好的功率稳定性.
【总页数】8页(P115-122)
【作者】成佳;伍亚东;晏日;彭雪芳;朱仁江;王涛;蒋丽丹;佟存柱;宋晏蓉;张鹏
【作者单位】重庆师范大学物理与电子工程学院;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所;北京工业大学理学部;重庆师范大学
【正文语种】中文
【中图分类】TN2
【相关文献】
1.光泵浦半导体垂直外腔面发射激光器的倍频研究
2.宽范围可调谐内腔液晶垂直腔面发射激光器设计与研究
3.内腔亚波长光栅液晶可调谐垂直腔面发射激光器
4.《面发射激光器·腔内倍频》专题文章导读
5.高转换效率腔内倍频外腔面发射蓝光激光器
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LD泵浦Nd：YAG 1.38 W高效率蓝光激光器
李斌;姚矣;李永大;曹思维;陈金强;林楠
【期刊名称】《量子电子学报》
【年(卷),期】2009(26)2
【摘要】报道了利用光纤耦合LD列阵泵浦Nd:YAG晶体,I类临界相位匹配LBO 内倍频来获得高效的473 nm蓝光激光。

采用三镜折叠腔结构,通过对系统的优化设计,在注入泵浦功率为12.5 W时,获得了连续输出1.38 W的基模473 nm蓝光激光,光-光转换率达11%。

【总页数】4页(P161-164)
【关键词】激光技术;LD泵浦;Nd:YAG/LBO;三镜折叠腔;蓝光激光
【作者】李斌;姚矣;李永大;曹思维;陈金强;林楠
【作者单位】长春理工大学物理系
【正文语种】中文
【中图分类】TN248.1
【相关文献】
1.LD泵浦腔内倍频Nd:YAG/LBO蓝光473nm激光器的低噪声运转 [J], 李义民;檀慧明;付喜宏;田玉冰;王保山
2.基于LD双端面泵浦的Nd:YAG高效率倍频激光器 [J], 范嗣强;李麒麟;路永乐
3.LD泵浦高效率折叠腔YAG/LBO蓝光激光器 [J], 郑权;赵岭;檀慧明;钱龙生
4.LD泵浦Nd:YAG/LBO腔内倍频蓝光激光器的研究 [J], 付殿岭;李健
5.LD端面泵浦Nd∶YAG/LBO蓝光激光器热效应分析 [J], 刘辉兰
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文章编号:1002-2082(2004)04-0056-03周期极化铌酸锂制作与应用王勇刚,马骁宇(中国科学院半导体研究所光电子器件国家工程研究中心,北京100083)摘　要:　详细介绍了一种波长转换效率很高的周期极化铌酸锂(PPLN )的原理、制作及应用。

周期极化铌酸锂以其有效非线性系数大于常用块状晶体一个数量级的特点得到迅速发展,PPLN 可通过外加电场极化法、质子交换法等方法制备。

近年来其制备工艺和光光转化效率有了很大的提高。

周期极化铌酸锂可用于固体激光倍频,半导体激光直接倍频光参量振荡和放大等方面。

使用PPLN 与否,很大程度上已经成为传统非线性激光光源能否继续发展的决定性因素。

关键词:　周期极化铌酸锂;倍频;波长转换中图分类号:TM 22+5 文献标识码:AThe M anufacture and Appl ica tion of Per iod ica lly Poled L ith iu m N ioba teW AN G Yong 2gang ,M A X iao 2yu(Institute of Sem iconducto rs ,CA S ,Beijing 100083,Ch ina )Abstract :T he p rinci p le ,m anufacture and app licati on of peri odically po led lith ium ni obate (PPLN )are introduced in detail .PPLN develop s rap idly w ith the character of effective nonlinear coefficient and it is one o rder of m agnitude h igher than that of common bulk crystal.PPLN is m anufactured by app lying external field ,p ro ton exchange and so on .In recent years ,its techno logy and effect iveness of the ligh t to ligh t has m ade m uch p rogress .PPLN can be used to frequency doubling of so l 2id 2state laser ,param etric o scillati on and even to doubling frequency of sem iconducto r laser .W hether the PPLN is used has becom e the conclusive facto r to develop the traditi onal nonlinear laser source .Keywords :peri odically po led lith ium ni obate (PPLN );frequency doubling ;w avelength transfo r m ati on引言1965年,人们利用提拉法成功地生长出第一根铌酸锂晶体。