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利用飞秒相干光谱技术解析晶格振动模式中的精细光谱特征
摘要： 我们展示了磷酸氧钛钾（KTP）晶体中多个拉曼活性振动模式的精细光谱特征解析。测量采用飞秒时域相干反斯托克斯拉曼散射光谱技术，该技术可实现0.1 cm?1的等效光谱分辨率。通过测量获取的拉曼光谱显示，不同对称性的振动对应着多个具有显著差异阻尼率的光谱组分。特别值得注意的是，位于约820 cm?1处的未归属光学声子模三重态线宽分别为7.5±0.2 cm?1、9.1±0.3 cm?1和11.2±0.3 cm?1。本实验结果最终将有助于设计基于受激拉曼散射的全固态亚光波长波形产生光源。
关键词： 阻尼率、磷酸氧钛钾、拉曼活性振动模式、飞秒相干光谱、光谱分辨率
更新于2025-09-23 15:21:01
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[2019年IEEE欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 德国慕尼黑（2019.6.23-2019.6.27）] 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 用于激光频率转换的周期极化MgO:LiNbO?、MgO:LiTaO?和KTiOPO?晶体
摘要： 我们基于通过互补高分辨率畴结构可视化方法对电畴结构演化的实验研究[1]，展示了掺镁铌酸锂（LN）、钽酸锂（LT）和磷酸氧钛钾（KTP）单晶中周期性极化的最新成果。采用纳米级周期可重复性的定制化周期性极化畴结构（PPLN与PPLT）晶体，已应用于基于准相位匹配非线性光学波长转换的二次谐波发生（SHG）和光学参量振荡（OPO）。这些晶体的周期性极化技术建立在对电畴生长机制与畴壁运动的深度实验及理论研究基础上。研究发现，在均匀电场中畴壁运动速度存在两个数量级的广泛分布范围[2,3]。动力学图谱可分析畴壁运动速度的空间分布并按速度区间分类，其中KTP晶体中慢速、快速及超快三类畴壁因其取向差异而区分明显。研究表明，慢速与快速畴壁的速度随偏离低指数晶面的程度增加而提升，这可通过确定的台阶生成机制与各向异性扭折运动解释。实验证实，KTP晶体在人工表面介质层作用下的极化反转会形成大量严格沿[010]方向取向的窄畴流，其速度（6-60毫米/秒）较普通畴壁（2-5.5毫米/秒）高出约十倍。静态畴结构研究表明这些流由[100]与[010]取向畴壁构成，流宽约500纳米且相邻间距约100纳米。通过原位光学观测研究了高温极化过程中的全局畴动力学，揭示了极化区域从电极边缘向中心扩展的主要特征，并分析了极化过程中体电导率显著增加的干扰效应，提出了多种解决方案?；纯滔杂暗木蔡胪枷裢ü庋в肷杼秸胂晕⒕悼墒踊?。针对不同形状有限尺寸电极，研究了空间非均匀电场对畴动力学的影响，计算机模拟与实验共同证实了电极角隅、端点及边缘处电场异常在成核过程中的关键作用，并解释了电极图案边界处极化切换显著加速的"图案效应"?；谑笛橛肽Ｄ庥呕牡缂及干杓?，在3毫米厚MgO:LN晶圆中制备的扇出周期性畴结构，配合1.053微米泵浦光实现了信号波长2.5至4.5微米的宽调谐OPO输出，同时探讨了制备10毫米厚高功率应用元件的可行性。在KTP单晶中制备的40微米周期畴结构，使用1.053微米泵浦光实现了2.4微米波长的OPO输出，并讨论了亚微米周期元件的制备前景。优化后的周期性极化技术用于MgO:LN单晶脊形波导制备，所得高折射率对比多模波导配合1.064微米泵浦光可实现510至570纳米的SHG波长调谐?；诙愿呶鲁虢峁寡莼癕gO:LN/MgO:LT带电畴壁高体电导率弛豫过程的深入理解，我们优化了周期性极化技术并制备出高保真畴结构图案。
关键词： 域结构演化、MgO掺杂铌酸锂、磷酸氧钛钾、二次谐波产生、光学参量振荡、MgO掺杂钽酸锂、周期极化
更新于2025-09-23 15:19:57
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[IEEE 2019欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 德国慕尼黑(2019.6.23-2019.6.27)] 2019欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - KTiOPO<sub>4</sub>的太赫兹时域反射光谱研究
摘要： 过去几十年间，太赫兹（THz）辐射因其在安防、制造、质量控制、医疗及安全成像等领域的应用而日益受到关注。该领域需要更高效且经济实惠的辐射源，非线性上转换方案正契合这一需求。磷酸氧钛钾（KTP）凭借其优异的透光性、高非线性系数及损伤阈值，已成为可见光与近红外波段非线性光学应用的成熟材料。其适中的低吸收特性[1,2]与强极化子共振效应[1]展现出高效红外-太赫兹上转换潜力，Wu等人[2]近期通过背靠背实验验证了其性能优于铌酸锂（LiNbO?）和钽酸锂（LiTaO?）。但在实现更高功率输出前，需先测定其复折射率。太赫兹时域光谱技术（TTDS）可直接提取太赫兹电场的相位与振幅，从而获取光学参数折射率n与吸收系数α。本研究报道了室温下熔盐法生长KTP晶体在0.5-7THz波段的太赫兹时域反射光谱。实验采用空气丝等离子体产生太赫兹辐射，通过300微米厚磷化镓晶体的泡克耳斯效应进行探测。利用高密度聚乙烯偏振片配合样品旋转，分别对KTP晶体的a轴与b轴进行测试。测试构型基于Pashkin等人[3]的研究方案——将0.5mm厚的25×15×0.5mm3样品置于光路末端，使太赫兹聚焦至磷化镓晶体。图1从左至右依次展示折射率与吸收系数曲线，蓝红两色分别对应KTP晶体的两个主轴方向。误差范围为：Δn < ±0.025且Δα <±5 cm?1（0.5-3THz）、Δn < ±0.05且Δα < ±25 cm?1（3-5THz）、Δn < ±0.1且Δα < ±50 cm?1（5-6THz）、Δn < ±0.25且Δα < ±150 cm?1（6-7THz）。频率精度受限于11ps扫描时间，约为90GHz或2cm?1。据我们所知，这是首次通过直接时域太赫兹测量获得折射率频变特性的完整数据。既往KTP光谱研究要么无法直接提取复折射率[4]，要么因强共振吸收导致透射信号带宽受限至约2.5THz[5]。在本研究与历史数据的重叠频段内，测量结果高度吻合，验证了全频段数据的可靠性。此外，图1所示共振峰可与红外活性声子模对应（参见文献[6]）。本研究对开发新型光-太赫兹转换器件具有重要价值，同时报道了可能存在的1.4THz新声子模。
关键词： 吸收系数，磷酸氧钛钾（KTiOPO4），折射率，太赫兹时域光谱技术，太赫兹
更新于2025-09-12 10:27:22
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[IEEE 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 德国慕尼黑（2019.6.23-2019.6.27）] 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 单畴KTiOPO<sub>4</sub>中1μm飞秒脉冲的孤子自压缩与光谱展宽
摘要： 基于镱(Yb)增益介质的1微米波段高效二极管泵浦高能飞秒激光系统已实现商业化应用。但由于增益带宽限制，此类激光器产生的脉冲宽度显著长于钛宝石系统。因此，开发一种能量可扩展的1微米波段脉冲自压缩方案对时间分辨泵浦-探测光谱、高次谐波产生等众多应用具有重要价值。气体细丝非线性传播过程中的自相位调制常被用于脉冲自压缩[1,2]，但这类方案通常需要庞大装置并严格控制群速度色散。前人理论研究表明气态拉曼活性分子可用于中红外脉冲压缩[3]。本研究利用光学脉冲与磷酸氧钛钾(KTP)晶体中声子极化子的强相互作用实现1微米飞秒脉冲自压缩[4]。实验装置采用1030纳米飞秒泵浦激光器，经f=150毫米透镜松散聚焦，在10毫米长、5毫米厚的单畴KTP样品中形成1/e2半径160微米的束腰（光束沿晶体c轴偏振）。图1(a)展示了晶体焦点位置对输出光谱的影响（输入脉冲为光纤系统产生的300飞秒半高全宽脉冲），当焦点位于晶体入口附近时获得最宽光谱。我们通过时间分辨数字全息术[5]验证了光脉冲在晶体传播过程中与声子极化子的耦合效应，并采用定制d-scan装置[6]对商用固态激光系统产生的173飞秒半高全宽脉冲进行表征实验，该装置包含覆盖图1(a)光谱范围的啁啾反射镜。
关键词： 飞秒脉冲、磷酸氧钛钾、光谱展宽、孤子自压缩、声子极化激元
更新于2025-09-11 14:15:04