本發(fā)明涉及激光器及頻率轉(zhuǎn)換器件領(lǐng)域，特別是涉及一種寬帶可調(diào)諧激光器及其頻率轉(zhuǎn)換器件的穩(wěn)定制備方法。

背景技術(shù)：

1、可調(diào)諧激光器是光通信、工業(yè)檢測、材料加工、光譜分析等領(lǐng)域不可或缺的重要設(shè)備?，F(xiàn)有可調(diào)諧激光器技術(shù)例如外腔調(diào)諧激光器(ecl)，利用衍射光柵、標(biāo)準(zhǔn)具或si基微環(huán)等作為選模器件以選擇激光波長，但選模器件需借助于微機電系統(tǒng)精密調(diào)節(jié)，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜體積較大；分布式反饋(dfb)激光器輸出功率高頻率穩(wěn)定性強，可以通過控溫調(diào)諧輸出波長，溫度調(diào)諧系數(shù)大約為0.1nm/℃。但考慮到溫度過高或過低會大幅度劣化激光器性能，dfb激光器的工作溫度調(diào)節(jié)范圍一般不超過50℃，調(diào)諧范圍有限約3-5nm。通過級聯(lián)等方式可擴展dfb激光器調(diào)諧范圍，但制作成本高，長期穩(wěn)定性差；分布式布拉格反射鏡(dbr)激光器成本低頻率穩(wěn)定性高，通過改變注入電流來調(diào)控dbr光柵的反射波長，不包含拓展調(diào)諧范圍的游標(biāo)效應(yīng)等機制，調(diào)諧范圍一般限制在5-10nm。通過設(shè)計超結(jié)構(gòu)光柵等方式可擴展dbr激光器調(diào)諧范圍，但工藝與封裝難度極大，且調(diào)諧過程復(fù)雜。

2、基于摻鎂鈮酸鋰(mgo:ln)材料，通過外加高電壓極化方式制備的周期極化鈮酸鋰(ppln)晶體/波導(dǎo)等，是一類非線性頻率轉(zhuǎn)換器件，支持在400-4500nm的通光窗口內(nèi)實現(xiàn)高效率光學(xué)頻率轉(zhuǎn)換輸出，同時具有響應(yīng)快、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點。但傳統(tǒng)周期極化鈮酸鋰器件，其內(nèi)部極化周期為針對單一工作波長設(shè)計的固定值，以此補償信號光與頻率轉(zhuǎn)換光的相位失配，其轉(zhuǎn)換帶寬受器件長度與頻率轉(zhuǎn)換光波長影響。雖然可以通過控溫影響相位匹配條件調(diào)節(jié)輸出波長，但可調(diào)諧范圍有限。與之相比，啁啾極化鈮酸鋰在傳統(tǒng)ppln器件基礎(chǔ)上，通過設(shè)置連續(xù)變化的啁啾極化周期，補償了寬頻帶相位失配，可以實現(xiàn)連續(xù)寬帶光學(xué)非線性頻率轉(zhuǎn)換。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明公開了一種能夠穩(wěn)定制備非線性頻率轉(zhuǎn)換器件及相應(yīng)寬帶可調(diào)諧激光器的方法，其中通過刪除特定位置電極分布代替精密操作電極寬度實現(xiàn)占空比調(diào)制，極大地提高了制備工藝的穩(wěn)定性。此外，還通過選用例如摻鎂的鈮酸鋰材料制備非線性頻率轉(zhuǎn)換器件保證了寬帶通光窗口，通過沿光傳播方向啁啾極化鈮酸鋰拓展了頻率轉(zhuǎn)換光譜，并通過調(diào)制極化占空比優(yōu)化調(diào)諧曲線降低了輸出功率波動。

2、具體而言，本發(fā)明的第一方面涉及一種非線性頻率轉(zhuǎn)換器件的穩(wěn)定制備方法，其包括極化周期確定步驟、刪除電極位置確定步驟及器件制備步驟；

3、所述極化周期確定步驟用于基于50％的極化占空比，計算所述非線性頻率轉(zhuǎn)換器件在光傳輸方向上的啁啾極化周期分布函數(shù)∧[x]，x∈[0，l]，l為所述非線性頻率轉(zhuǎn)換器件的長度；

4、所述刪除電極位置確定步驟用于基于所述啁啾極化周期分布函數(shù)∧[x]，確定待刪除的極化電極的位置；

5、所述器件制備步驟用于根據(jù)所述啁啾極化周期分布函數(shù)∧[x]和待刪除的極化電極的位置，形成用于所述非線性頻率轉(zhuǎn)換器件的極化電極以制備所述非線性頻率轉(zhuǎn)換器件；

6、其中，在所述刪除電極位置確定步驟中：

7、在所述非線性頻率轉(zhuǎn)換器件的兩端分別設(shè)置變跡區(qū)，并設(shè)定所述變跡區(qū)的長度，所述變跡區(qū)包括位于非線性頻率轉(zhuǎn)換器件最外端的起點和最靠近非線性頻率轉(zhuǎn)換器件中心的終點；

8、根據(jù)所述啁啾極化周期分布函數(shù)∧[x]，確定所述變跡區(qū)內(nèi)的極化周期數(shù)量；

9、在所述變跡區(qū)的極化周期數(shù)量內(nèi)，計算允許等效極化占空比從所述起點處的0％逐漸變化至所述終點處的50％的變跡區(qū)極化電極分布，并根據(jù)所述變跡區(qū)極化電極分布確定待刪除的極化電極的位置。

10、優(yōu)選地，將所述變跡區(qū)的長度設(shè)定為所述非線性頻率轉(zhuǎn)換器件的長度l的15％。

11、優(yōu)選地，所述變跡區(qū)極化電極分布允許所述等效極化占空比從所述起點處的0％線性變化至所述終點處的50％。

12、優(yōu)選地，所述變跡區(qū)電極分布允許轉(zhuǎn)換效率從所述起點處的0％向所述終點處的最大值平滑變化。

13、優(yōu)選地，利用摻鎂鈮酸鋰材料制備所述非線性頻率轉(zhuǎn)換器件；或者，利用z切摻鎂鈮酸鋰薄膜材料制備所述非線性頻率轉(zhuǎn)換器件。

14、進一步地，在所述極化周期確定步驟中，根據(jù)所述非線性頻率轉(zhuǎn)換器件的輸出中心波長λc、預(yù)計輸出帶寬、工作溫度和長度確定所述啁啾極化周期分布函數(shù)∧[x]。

15、更進一步地，所述極化周期確定步驟包括：

16、子步驟一，根據(jù)所述非線性頻率轉(zhuǎn)換器件的工作溫度和長度對輸出中心波長λc、起始波長λ1和終止波長λn進行模擬，獲得每個輸出波長λi及其對應(yīng)的信號光波長λs和泵浦光波長λp的有效模式折射率ni、ns和np，i為1至n的自然數(shù)；

17、子步驟二，根據(jù)在子步驟一中獲得的有效模式折射率ni、ns和np，確定與輸出中心波長λc對應(yīng)的極化周期λc，以及確定極化周期跨度范圍λl；

18、子步驟三，將起始極化周期設(shè)為λ1＝λc-λl/2，終止極化周期設(shè)為λn＝λc+λl/2，模擬計算所述非線性頻率轉(zhuǎn)換器件的調(diào)諧曲線帶寬并將其與預(yù)計輸出帶寬進行比較，在兩者不同時調(diào)節(jié)啁啾跨度并重新模擬計算所述調(diào)諧曲線帶寬，直至獲得確定的起始極化周期λλ1和終止極化周期λλn；

19、子步驟四，利用確定的起始極化周期λ1和終止極化周期λn，計算得到啁啾常數(shù)dg＝(2π/λn-2π/λ1)/(2*l)；

20、子步驟五，利用確定的起始極化周期λ1和終止極化周期λn，以及啁啾常數(shù)dg，確定分布函數(shù)λ[x]＝(2π*λ1)/(2π+λ1*dg*x)。

21、其中，在非線性頻率轉(zhuǎn)換為倍頻過程時，λi＝λi/(ni-ns)；當(dāng)非線性頻率轉(zhuǎn)換為和頻過程時，λi＝1/(ni/λi-ns/λs-np/λp)；當(dāng)非線性頻率轉(zhuǎn)換為差頻過程時，λi＝1/(|ns/λs-np/λp|-ni/λi)。

22、本發(fā)明的第二方面涉及一種寬帶可調(diào)諧激光器的穩(wěn)定制備方法，所述寬帶可調(diào)諧激光器包括信號光源、泵浦光源、非線性頻率轉(zhuǎn)換器件和溫度控制模塊；其中，

23、利用上述穩(wěn)定制備方法制備所述非線性頻率轉(zhuǎn)換器件；

24、分別將所述信號光源和泵浦光源設(shè)置用于為所述非線性頻率轉(zhuǎn)換器件提供信號光和泵浦光；以及，

25、將所述溫度控制模塊設(shè)置用于控制所述非線性頻率轉(zhuǎn)換器件的溫度。

26、優(yōu)選地，所述信號光源和/或泵浦光源采用可調(diào)諧激光器。

技術(shù)特征：

1.一種非線性頻率轉(zhuǎn)換器件的穩(wěn)定制備方法，其包括極化周期確定步驟、刪除電極位置確定步驟及器件制備步驟；

2.如權(quán)利要求1所述的穩(wěn)定制備方法，其中，將所述變跡區(qū)的長度設(shè)定為所述非線性頻率轉(zhuǎn)換器件的長度l的15％。

3.如權(quán)利要求1所述的穩(wěn)定制備方法，其中，所述變跡區(qū)極化電極分布允許所述等效極化占空比從所述起點處的0％線性變化至所述終點處的50％。

4.如權(quán)利要求1所述的穩(wěn)定制備方法，其中，所述變跡區(qū)電極分布允許轉(zhuǎn)換效率從所述起點處的0％向所述終點處的最大值平滑變化。

5.如權(quán)利要求1所述的穩(wěn)定制備方法，其中，利用摻鎂鈮酸鋰材料制備所述非線性頻率轉(zhuǎn)換器件；或者，利用z切摻鎂鈮酸鋰薄膜材料制備所述非線性頻率轉(zhuǎn)換器件。

6.如權(quán)利要求1所述的穩(wěn)定制備方法，其中，在所述極化周期確定步驟中，根據(jù)所述非線性頻率轉(zhuǎn)換器件的輸出中心波長λc、預(yù)計輸出帶寬、工作溫度和長度確定所述啁啾極化周期分布函數(shù)λ[x]。

7.如權(quán)利要求6所述的穩(wěn)定制備方法，其中，所述極化周期確定步驟包括：

8.如權(quán)利要求7所述的穩(wěn)定制備方法，其中，在非線性頻率轉(zhuǎn)換為倍頻過程時，λi＝λi/(ni-ns)；當(dāng)非線性頻率轉(zhuǎn)換為和頻過程時，

9.一種寬帶可調(diào)諧激光器的穩(wěn)定制備方法，所述寬帶可調(diào)諧激光器包括信號光源、泵浦光源、非線性頻率轉(zhuǎn)換器件和溫度控制模塊；其中，

10.如權(quán)利要求9所述的穩(wěn)定制備方法，其中，所述信號光源和/或泵浦光源采用可調(diào)諧激光器。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種能夠穩(wěn)定制備非線性頻率轉(zhuǎn)換器件及相應(yīng)寬帶可調(diào)諧激光器的方法，其中通過刪除特定位置電極分布代替精密操作電極寬度實現(xiàn)占空比調(diào)制，極大地提高了制備工藝的穩(wěn)定性。此外，還通過選用例如摻鎂的鈮酸鋰材料制備非線性頻率轉(zhuǎn)換器件保證了寬帶通光窗口，通過沿光傳播方向啁啾極化鈮酸鋰拓展了頻率轉(zhuǎn)換光譜，并通過調(diào)制極化占空比優(yōu)化調(diào)諧曲線降低了輸出功率波動。

技術(shù)研發(fā)人員：鄭名揚,周飛,馬文博,姚權(quán),謝秀平,張強
受保護的技術(shù)使用者：濟南量子技術(shù)研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/14