[发明专利]波长转换方法及装置

说明书

本发明是1991年4月25日递交的91102591。X号申请的分案申请，该原申请的名称为“波长转换方法及其光学制品”

本发明涉及光学制品，更具体地涉及用于波长转换的光学制品。

在通信，光存储器及其它应用中使用光学系统的优点刺激了对具有高非线性度，良好的光学性质，以及能够进行周相匹配以增加入射激光的频率的光学介质的探索。在这种系统的设计中经常遇到的问题是高效地生成具有特别适用于这种系统中的波长的光波。例如，虽然高效的红外波激光生成是通常可以利用的，但某些具有较短波长的更适用的波的直接生成则通常是相当困难的。

提供具有更理想的波长的波的一种方法是波长转换，从而包含一种光介质的制品被用来至少部分地将入射到该介质的光波转换成具有不同波长的出射光波。经常使用的波长转换过程包含二次谐波的生成，其中所生成的波的频率是入射波的两倍。在典型的方法中，入射光波被导经一种介质(例如，一种无机非线性晶体)在其中通过介质与光波的交互作用生成具有对应于入射光波的波长的二次谐波波长的光波并从该介质中出射。

典型地，在用于波长转换的光学制品中，适当波长的波是在介质的长度上生成的。在设计这种制品中众所周知的是除非设置了用于抑制沿介质长度各点上生成的波之间的破坏性干涉的装置，诸如二次谐波生成这些波长转换方式的效率可能严重地受到限制。因而，通常有必要采用某种技术来控制这种破坏性干涉的影响。

以更为理论性些的名词，波长转换系统一般可以根据一个传播常数K来对该转换介质中的交互作用的各光波进行论述。为了说明这一目的，每一光波的K可定义为等于2πn/λ，这里n为介质的折射率而λ则为波的波长。鉴于传播常数与波长之间的倒数关系，以及不同频率的光波可以具有不同的折射率这一事实，在转换介质中的各相互作用的光波的传播常数清楚地可以是不同的。

一般地，对于波长转换，交互作用入射波的频率之和等于交互作用所生成的波的频率之和。为了使介质中生成的波之间的破坏性干涉最小化，一般认为交互作用入射波的传播常数之和也紧密地逼近交互作用所生成的波的传播常数之和是理想的。换言之，对于包含在波长转换中的光波，介质中入射波的总传播常数与介质中所生成的波的总传播常数之间的差(即，该介质的ΔK)接近零，被认为对于高效波长转换是理想的。将一个波长转换系统调整到ΔK接近零的状态称作周相匹配。

一种特定介质的波长转换系统中具有一定意义的一个光学参数是粘着长度，coh，它一般定义为2π/ΔK。对于ΔK接近零的状态，明显地，其对应的coh是相对地大的。

在一个晶体系统中包含三条光束的非线性交互作用的一种正常的周相匹配过程中，其中各自具有频率ω1与ω2以及各自的波长λ1与λ2的入射光波的两条光束被引导通过具有作为光波频率的函数而变化的折射率n(ω)的一种介质(例如，一个晶体或者一种复合物)以生成具有频率ω3及波长λ3的光波，对各波束所定义的波束传播常数K为等于2πn(ω)/λ，而该光学介质的ΔK则由下列关系式表示： ΔK = 2 πn ( ω 3 ) λ 3 - 2 πn ( ω 2 ) λ 2 - 2 πn ( ω 1 ) λ 1 ]]>