整块周期性极化KTP晶体蓝光倍频的实验研究

摘要

近红外波段的非经典光场在光学测量、信息存储与读取、非线性光学、量子光学、量子输运和量子信息以及量子物理基础研究等领域具有重要的意义。处于特定原子线波段的非经典光场为开展光与原子相互作用、精密测量与信息存储等领域提供了重要的量子资源。随着量子调控研究的不断深入,制备各种量子资源已经成为一个重要的研究课题。通过光学参量振荡器(Optical Parametric Oscillator, OPO)来制备非经典光场成为一种越来越成熟的方法,而OPO的泵浦光源通常由倍频过程获得,所以对倍频过程展开研究是开展这一系列研究的基础,十分必要。目前,国内外已经有若干小组利用分离或者半分离的腔型结构进行倍频过程获得高功率的蓝光输出,这些结构便于调节,但是具有内腔损耗大,稳定性差的缺点,需要外腔辅助锁定系统维持长时间运转,极易受到外界干扰,很难保证长时间运转。为了进一步降低损耗、减小系统尺度,实现高效紧凑的运转,本文采用整块周期极化KTiOPO4(PPKTP)晶体腔首次开展了铯原子近红外波段倍频蓝光的实验研究。我们采用两端面曲率半径为20mm,长度为15mm的单块整体晶体构成的驻波腔结构,获得了426nm连续蓝光输出,最大输出功率158mW,光-光转化效率为45％。整块晶体腔加工难度大,但是构成的腔结构稳定、内腔损耗小。由于腔的长度较小,自由光谱区和腔的带宽较大,从而可以通过温度控制实现共振输出。
　　本文的另外一部分工作是铯原子波段下转换OPO腔的设计。OPO系统可以产生用于精密测量及光与原子相互作用的多种量子资源,而OPO腔的腔长、带宽、损耗等参数决定了其产生的非经典光场的带宽、压缩度等性质。同时OPO腔本身也要满足其稳定性条件,所以我们根据实验条件和需求,从循环矩阵入手对OPO腔型结构进行了设计。环形腔具有灵活度大、便于调节的优点,而驻波腔具有稳定度高、结构紧凑的优点,因此为了便于非经典光场的利用,本文对环形腔和驻波腔两种分离腔型结构都进行了理论研究。

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第一章 绪论

1.1非经典光场的制备与应用

1.2倍频过程的研究背景

1.3本文的工作安排

第二章 倍频过程的理论和实验简介

2.1二次谐波产生原理

2.2准位相匹配技术

2.3倍频腔

2.4本章小结

第三章 实验装置及实验结果

3.1整块PPKTP晶体腔

3.2 整块晶体腔的模式匹配

3.3 实验装置及结果

3.4 稳定的蓝光产生

3.5 本章小结

第四章 OPO腔的设计

4.1环形腔结构

4.2半整块腔结构

4.3 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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