飞秒激光写入晶体光波导的制备及其激光倍频效应研究

Optical crystals are important media for laser generation and frequency conversion. Optical waveguides are fundamental elements of integrated photonics. Highly integrated, multi-functional photonic devices can be fabricated based on crystalline waveguides. By using the irradiation of femtosecond laser pulses, the refractive index of the crystals can be modified accordingly, forming various waveguide structures. In this project, the detailed methods of femtosecond laser written waveguides in crystals will be investigated, and the local micro-modification of the pulses with diverse parameters onto the crystals will be studied, in order to obtain optimized waveguide models for diverse crystals. By combination of guided-wave and confocal micro-spectroscopy techniques the physical mechanisms of the refractive index changes and guiding performances will be investigated, and the behaviors of refractive index of diverse crystals will be studied. Under suitable pumping, the waveguide lasers and nonlinear frequency doubling will be realized with optimized conditions. The research is of great importance for study of interaction of femtosecond laser pulses with crystal materials. The fabricated crystalline waveguides are with significant potentials for applications in integrated photonics and optical signal processing.

光学晶体材料是实现激光产生和频率转换的重要介质。光波导是集成光子学的基本元件。基于晶体材料的波导结构可以用来实现高度集成化的多功能光子学器件。用飞秒激光脉冲辐照光学晶体，可以改变辐照区的折射率，形成多种模式的光波导结构。本项目研究利用飞秒激光写入技术制备多种重要光学晶体光波导的方法，研究各种参数的飞秒脉冲对晶体的局域改性，得出适合不同晶体结构的波导最优化模式。采用导波光学和共聚焦微区光谱技术相结合，研究折射率变化物理机制以及波导性能，得出适合不同晶体结构的折射率变化规律。采用合适的泵浦条件，实现基于晶体波导结构的激光产生和非线性倍频，并得出优化条件。本项目不仅对研究飞秒激光脉冲与晶体材料相互作用有重要的意义，并且所研制的晶体光波导在集成光子学、光信息处理等相关领域具有重要的应用前景。

光学晶体材料是实现激光产生和频率转换的重要介质。光波导是集成光子学的.基本元件。基于晶体材料的波导结构可以用来实现高度集成化的多功能光子学器件。用飞秒激光脉冲辐照光学晶体，可以改变辐照区的折射率，形成多种模式的光波导结构。本项目利用飞秒激光写入技术在十余种重要光学晶体（如Nd:YAG、Nd:GGG、Nd:YVO4、Yb:YAG等）中成功制备了光波导结构，发展了制备不同类型、不同模式波导结构的新方法，初步研制成功三维晶体光波导；系统的研究了各种参数（能量、扫描速率、重复频率等）的飞秒脉冲对晶体的局域改性，得出适合不同晶体结构的波导最优化模式。项目采用导波光学和聚焦微区光谱技术相结合，研究折射率变化物理机制以及波导性能，得出了适合不同晶体结构的折射率变化规律。采用合适的端面泵浦条件，实现基于晶体波导结构的连续激光产生,利用石墨烯等二维材料作为饱和吸收体,实现了调Q和锁模的波导脉冲激光;利用非线性激光波导结构,实现了基于相位匹配的倍频产生,波段包括紫光到绿光。本项目不仅对研究飞秒激光脉冲与晶体材料相互作用有重要的意义，并且所研制的晶体光波导在集成光子学、光信息处理等相关领域具有重要的应用前景。