1.2.2 准相位匹配

准相位匹配（Quasi-PhaseMatching，QPM）技术同样是能获得高效率的非线性频率变换的技术。准相位匹配技术的原理是通过对光学晶体非线性极化率的周期性调制来补偿光波相互作用过程中由于折射率色散造成的相位失配的技术，这种技术具有非线性转换效率高、可利用晶体的全部通光范围、非线性作用响应时间极短（飞秒量级）、对光信号的速率和调制格式完全透明等优点，因此在全光波长转换、光开关、光学参量放大过程、太赫兹波等诸多领域都有着重要的应用价值[5]。上个世纪90年代以来，准相位匹配晶体的制作工艺体系日趋成熟，让准相位匹配技术也更加趋向实践化，而不仅仅只停留在理论阶段，相反的是，凭借着它特有的优点，迅速进入了光学及其相关的应用领域，并在各个相关领域中占有一席之地，得到了广泛的应用与发展。

1.3 光学超晶格

在激光强电场中表现出二次及以上非线性光学效应的晶体就被称为非线性光学晶体，是由非线性介电常数材料在空间周期性排列组成的[6]。在采用非线性介电常数材料呈周期性排列而成的光子晶体中能观察到非线性光学现象，如二次谐波、非线性光学增强、光学双稳态等[6]。我们把具有聚片多畴结构的非线性光学晶体被称为光学超晶格（OpticalSuperlattice）

[7]。根据准相位匹配（QPM）原理人们研制出光学超晶格，并通过利用光学超晶格中非线性系数的周期性变号来补偿光波的相位失配，从而使得非线性光学过程在“准相位匹配”的条件下能够获得有效并显著的增强[7]。

2契伦科夫辐射

近年来锥状光束由于其在光束操控和飞秒界定、提高非线性转换效率、无损探测内部畴结构、实时生物成像等方面的广泛应用引起了人们极大的研究兴趣[8]。在以上各种产生锥状光速的光学方法中，契伦科夫辐射（Cerenkovradiation）是最为常见的一种。非线性契伦科夫辐射呈现锥状波前，锥角可定义为carccos(v'/v)，其中v'和v是辐射光束和非线性极化子的相速度。当v>v'时，即可在介质和光学晶体中产生契伦科夫辐射。非线性光子晶体中的契伦科夫参量辐射成因来源于畴结构对于契伦科夫辐射的极大的增强。非线性契伦科夫辐射源被认为是空间部分的极化子，而不是传统契伦科夫辐射中的带电粒子[8]，因此任意高强度的光波在通过任意光学介质时都可以产生契伦科夫型非线性极化辐射如契伦科夫二倍频辐射。契伦克夫二倍频实验示意图如图2.1所示。

如上图所示，实验中所使用的激光器为飞秒激光器，前面部分为飞秒被动锁模振荡器，后面部分为一光学参量放大器[8]。激光波长变化范围为0.400μm~2.1μm，脉冲宽度为150fs，重复频率为5kHz。在实验中变化基波波长以得到契伦科夫二倍频锥状光束。本文研究的辐射效应在实验中所用的晶体材料为0.5mm的z-切同成分LiTaO3晶体，辐射方位角为0.3°，最小周期为2.1μm，占空比为30%，内外半径分别为3.0和1.2mm[8]。本文中研究计算契伦科夫辐射时所采用的基波波长范围为760nm~2200nm，在这个基波波长范围下，产生的二倍频光、三倍频光以及和频光大多数都是可见光，在实验中便于观测契伦科夫辐射所产生的锥状光束。非线性光子晶体结构示意图如图2.2所示，其中上面部分的照片为腐蚀后的样品光学显微镜波矢的大小与光波波长以及光波的折射率相关。由于晶体中存在色散效应，同一晶体中不同光波的折射率并不相同，而是随着波长的变化而变化。本文中用赛尔迈耶方程计算相关折射率，赛尔迈耶方程如下[9]： 非线性光子晶体中的契伦科夫辐射(3):http://www.chuibin.com/wuli/lunwen_205408.html