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专利号: 2018103508536
申请人: 中国地质大学(武汉)
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 光学
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于基模间相位匹配转换中红外到近红外的装置,其特征在于,所述波长转换装置为脊型光波导结构,所述脊型光波导结构包括衬底和条形波导,所述条形波导位于衬底之上,所述条形波导的高度在1000-1600nm之间,所述条形波导的宽度在2100-3000nm之间,所述衬底的高度是2400nm,所述衬底的制作材料为氧化铬,所述条形波导的制作材料为非线性有机材料。

2.根据权利要求1所述的基于基模间相位匹配转换中红外到近红外的装置,其特征在于,所述脊型光波导结构内中红外与近红外的光满足基模耦合的相位匹配条件,中红外光以表面等离子体激元模式的形式传播,近红外光以全内反射光子模式的形式传播。

3.根据权利要求1或2所述的基于基模间相位匹配转换中红外到近红外的装置,其特征在于,所述装置的制备方法包括以下步骤:

S1.选择氧化铬作为衬底的材料,并分析氧化铬的介电常数随波长的变化,波长在近红外波段时,氧化铬介电常数的实部大于0,呈现介质特性,波长增大到中红外波段时,氧化铬介电常数的实部下降为负值,呈现金属特性,进而在其表面添加非线性有机材料介质作为条形波导,衬底和条形波导的接触面为金属/介质表面;

S2.确定条形波导的厚度,分析随着条形波导宽度的变化,中红外和近红外有效折射率的变化,在中红外和近红外的有效折射率相等时,中红外与近红外的光满足基模耦合的相位匹配条件,将此时的宽度确定为条形波导的宽度。

4.根据权利要求3所述的基于基模间相位匹配转换中红外到近红外的装置,其特征在于,所述步骤S1中,氧化铬介电常数的计算公式为:式中,ε表示氧化铬的介电常数,ε’和ε”分别为介电常数的实部和虚部,ε∞为高频介电常数,ε∞=5.5,ωp为等离子体角频率,ω为光波角频率,γ为阻尼度,γ=2.92×1013rad/s。

5.如权利要求1或2所述的基于基模间相位匹配转换中红外到近红外的装置的应用,其特征在于,将中红外的泵浦光以脉冲光的形式耦合到所述条形波导中,通过非线性耦合模式方程得到近红外的三次谐波光的功率随传播距离的变化,在满足基模耦合的相位匹配条件下,沿波导传播方向上发射的三次谐波光辐射在输出端能够同相位叠加,并使总的三次谐波光功率输出达到最大值,即使中红外转换为近红外的效率最大。

6.根据权利要求5所述的基于基模间相位匹配转换中红外到近红外的装置的应用,其特征在于,所述非线性耦合模式方程为:

式中:E1,E3分别为泵浦光和三次谐波光关于变量z的慢变振幅,Δβ1分别表示泵浦光与三次谐波光群速度的差值,β2,1、β2,3分别表示泵浦光和三次谐波光的色散参量,α1、α3分别为泵浦光与三次谐波光的传播损耗,γ1、γ13、γ3、γ31分别为泵浦光的自相位调制非线性参量和交叉相位调制非线性参量与三次谐波光自相位调制非线性参量和交叉相位调制非线性参量,γp、γTH分别为泵浦光耦合非线性参量与三次谐波光耦合非线性参量。