Maikling Pagsusuri ng Lithium Niobate Crystal at Mga Aplikasyon Nito - Bahagi 7: Ang Dielectric Superlattice ng LN Crystal

Maikling Pagsusuri ng Lithium Niobate Crystal at Mga Aplikasyon Nito - Bahagi 7: Ang Dielectric Superlattice ng LN Crystal

Noong 1962, Armstrong et al.unang iminungkahi ang konsepto ng QPM (Quasi-phase-match), na gumagamit ng inverted lattice vector na ibinigay ng superlattice upang mabayaranphase mismatch sa optical parametric na proseso.Ang direksyon ng polariseysyon ng ferroelectricsimpluwensyas ang nonlinear polarization rate χ2. Maaaring maisakatuparan ang QPM sa pamamagitan ng paghahanda ng mga istruktura ng ferroelectric na domain na may kabaligtaran na pana-panahong mga direksyon ng polarization sa mga katawan ng ferroelectric, kabilang ang lithium niobate, lithium tantalate, atKTPmga kristal.Ang kristal ng LN ay angpinakamalawakginamitmateryalsa larangang ito.

Noong 1969, iminungkahi ni Camlibel na ang ferroelectric domain ngLNat iba pang mga ferroelectric na kristal ay maaaring baligtarin sa pamamagitan ng paggamit ng mataas na boltahe na electric field na higit sa 30 kV/mm.Gayunpaman, ang gayong mataas na electric field ay madaling mabutas ang kristal.Sa oras na iyon, mahirap maghanda ng mga pinong istruktura ng elektrod at tumpak na kontrolin ang proseso ng pagbabalik ng polarization ng domain.Simula noon, ang mga pagtatangka ay ginawa upang buuin ang multi-domain na istraktura sa pamamagitan ng alternating lamination ngLNmga kristal sa iba't ibang direksyon ng polariseysyon, ngunit ang bilang ng mga chips na maaaring maisakatuparan ay limitado.Noong 1980, si Feng et al.nakakuha ng mga kristal na may periodic polarization domain structure sa pamamagitan ng paraan ng sira-sirang paglaki sa pamamagitan ng pagkiling sa crystal rotation center at sa thermal field axisy-symmetric center, at napagtanto ang dalas ng pagdodoble ng output ng 1.06 μm laser, na napatunayan angQPMteorya.Ngunit ang pamamaraang ito ay may malaking kahirapan sa mahusay na kontrol ng pana-panahong istraktura.Noong 1993, si Yamada et al.matagumpay na nalutas ang periodic domain polarization inversion na proseso sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng proseso ng semiconductor lithography sa inilapat na pamamaraan ng electric field.Ang inilapat na pamamaraan ng polarisasyon ng electric field ay unti-unting naging pangunahing teknolohiya ng paghahanda ng panaka-nakang poledLNkristal.Sa kasalukuyan, ang periodic poledLNang kristal ay na-komersyal at ang kapal nito ay maaaringbehigit sa 5 mm.

Ang paunang aplikasyon ng periodic poledLNAng kristal ay pangunahing isinasaalang-alang para sa conversion ng dalas ng laser.Noon pang 1989, si Ming et al.iminungkahi ang konsepto ng mga dielectric superlattice batay sa mga superlattice na binuo mula sa mga ferroelectric na domain ngLNmga kristal.Ang baligtad na sala-sala ng superlattice ay lalahok sa paggulo at pagpapalaganap ng liwanag at sound wave.Noong 1990, sina Feng at Zhu et al.iminungkahi ang teorya ng multiple quasi matching.Noong 1995, si Zhu et al.naghanda ng quasi-periodic dielectric superlattice sa pamamagitan ng pamamaraan ng polarization ng temperatura ng silid.Noong 1997, isinagawa ang eksperimentong pagpapatunay, at epektibong pagsasama ng dalawang optical parametric na proseso-ang pagdodoble ng dalas at ang pagsusuma ng dalas ay natanto sa isang quasi-periodic superlattice, kaya nakamit ang mahusay na pagdodoble ng triple frequency ng laser sa unang pagkakataon.Noong 2001, si Liu et al.nagdisenyo ng isang pamamaraan upang mapagtanto ang tatlong-kulay na laser batay sa quasi-phase na pagtutugma.Noong 2004, natanto ni Zhu et al ang optical superlattice na disenyo ng multi-wavelength na laser output at ang aplikasyon nito sa all-solid-state lasers.Noong 2014, Jin et al.nagdisenyo ng optical superlattice integrated photonic chip batay sa reconfigureableLNwaveguide optical path (tulad ng ipinapakita sa figure), pagkamit ng mahusay na henerasyon ng mga entangled photon at high-speed electro-optic modulation sa chip sa unang pagkakataon.Noong 2018, naghanda sina Wei et al at Xu et al ng 3D periodic domain structures batay saLNcrystals, at na-realize ang mahusay na nonlinear beam shaping gamit ang 3D periodic domain structures noong 2019.

Integrated active photonic chip on LN and its schematic diagram-WISOPTIC

Pinagsamang aktibong photonic chip sa LN (kaliwa) at ang schematic diagram nito (kanan)

Ang pagbuo ng dielectric superlattice theory ay nagsulong ng aplikasyon ngLNkristal at iba pang ferroelectric na kristal sa isang bagong taas, at ibinigay sa kanilamahalagang mga prospect ng aplikasyon sa all-solid-state lasers, optical frequency comb, laser pulse compression, beam shaping at entangled light sources sa quantum communication.


Oras ng post: Peb-03-2022