Нелинейно-оптические эффекты на периодически поляризованных структурах в оптических волноводах на ниобате лития

• Автор: Щербина, Веста Вячеславовна
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 153 с. : ил.

Оглавление

Введение
1 Нелинейное преобразование спектра лазерного излучения в волноводных и периодических доменных структурах

1.1 Волновое уравнение и волноводные моды

1.2 Распространение ТМ-мод в щелевой волноводной структуре

1.3 Поля мод в градиентном волноводе с профилем показателя преломления

Аи(^) ~ сЪ~%

1.4 Влияние легирования на характеристики ниобата лития

1.4.1 Оптические волноводы Тп1лМЪОз

1.4.2 Оптические волноводы гщЫЫЪОз

1.5 Генерация второй гармоники на периодических доменных структурах в
ниобате лития
1.6 Нелинейные спектральные преобразования в оптических волноводах на
ниобате лития
1.7 Визуализация периодических доменных структур
1.8 Выводы
2 Исследование периодических доменных структур, сформированных электронным лучом в пластинах 1л№Юз и планарных волноводах ТпГлПЪОз
2.1 Формирование планарных оптических волноводов ТкЫМЬОз
2.2 Профиль показателя преломления волноводов ТпГлМЬОз
2.3 Профиль концентрации примеси П для волноводов ТпЫМЮз
2.4 Распределения полей для ТЕ-мор планарного диффузионного волновода Тп ЫМЮз
2.5 Методика формирования периодических доменных структур
2.6 Планарные ПДС на У-срезе ЫМЮз
2.7 Планарные ПДС в волноводах ТпЫМЪОз, сформированных на подложках У-среза
2.8 Визуализация планарных ПДС методом микроскопии ГВГ
2.9 Визуализация планарных ПДС при ГВГ в волноводах ТпГлМЬОз
2.10 Анализ эффективности волноводной ГВГ на поверхностных ПДС в волноводе ТпЫМЮз, сформированном на подложке Г-среза
2.10.1 Фазовая расстройка при волноводной квазисинхронной ГВГ
2.10.2 Модель профиля поверхностной ПДС, сформированной электронным пучком в волноводе ТпЫМЮз
2.10.3 Интегралы перекрытия для квазисинхронной ГВГ в планарном диффузионном волноводе ТпЬлМЮз
2.11 Выводы
3 Исследование периодических доменных структур, сформированных электронным лучом в планарных волноводах 2п:1л№Юз
3.1 Технология формирования планарных оптических волноводов 2п:1лМЪ03.
3.2 Оптические характеристики образцов Гп:1Л14ЬОз
3.3 Волноводные характеристики образцов 2п:1л№Юз
3.4 Формирование планарных периодических доменных структур в волноводах Гп:1л№>Оз
3.5 Визуализация планарных ПДС в структурах 2п:1лМЮз методом микроскопии ГВГ
3.6 Визуализация планарных ПДС при ГВГ в волноводах Гп:1л№>Оз
3.7 Выводы
4 Анализ генерации излучения терагерцевого диапазона при нелинейном преобразовании света в симметричной щелевой волноводной структуре на ниобате лития
4.1 Волноводные характеристики симметричной щелевой волноводной структуры на ниобате лития
4.2 Эффективность нелинейного преобразования при генерации на разностной частоте в симметричной щелевой волноводной структуре из пластин ТпЫМЬОз
4.3 Выводы
Заключение
Литература
Приложение А
Введение

Актуальность работы
Преобразование частоты лазерного излучения методами нелинейной оптики широко используется в современной технике и в научных исследованиях. Диэлектрические волноводы в нецентросимметричных кристаллах, благодаря высокой интенсивности электромагнитных полей при заданной мощности, позволяют существенно увеличить эффективность нелинейно-оптических спектральных преобразований лазерного излучения, использующих квадратичную нелинейность.
Легированные и номинально чистые кристаллы ниобата лития являются сегнетоэлектрическими многофункциональными материалами, на основе которых реализуются устройства интегральной и нелинейной оптики и модуляции лазерного излучения. Генерация второй оптической гармоники в этих кристаллах
в условиях фазового синхронизма ограничена для Х2а спектральной областью от •,

0,5 мкм до 1,9 мкм. Однако возможность формирования в ниобате лития периодических доменных структур (ПДС) позволяет реализовать генерацию второй гармоники (ГВГ) в режиме квазисинхронизма, когда этот диапазон ограничивается сверху только областью прозрачности для волны накачки (Х2о,< 2,75 мкм), а снизу - для второй гармоники ( Х,2т > 0,4 мкм).
Анализ литературы показывает, что эффективная генерация второй гармоники в оптических волноводах на ниобате лития также может быть реализована в режиме квазисинхронизма на ПДС. В оптических схемах и устройствах с полупроводниковыми лазерными диодами предпочтительным оказывается использование волноводных структур, сформированных на X- или 7-срезах 1лМ)Оз. Перспективным для формирования ПДС на таких срезах ниобата лития является метод локальных дискретных облучений поверхности нормальным полярной оси Z электронным пучком, использованный Л .С. Коханчик и Д.В. Пунеговым для их создания на 7-срезе танталата лития. Для

В случае, когда поля мод несимметричного волновода считаются равным нулю на границе х = 0 с покровной средой, их эффективные показатели преломления соответствуют таковым для нечетных мод симметричной волноводной структуры. В таком приближении, хорошо соответствующем диффузионным волноводам на ниобате лития, с щ»Дп, эффективные показатели преломления для мод с номерами т = 0, 1, 2,..., определяются выражением, аналогичным приведенному в [7]:

Распределение светового поля волноводных ТЕ-мод в этом приближении может быть получено из соотношений, приведенных в [14, 25], в следующем виде: