量子準相位匹配晶體

PPKTP—周期極化晶體KTP

周期性結(jié)構(gòu)中波的傳播是固體物理學中的一個核心概念。理論分析表明，在具有調(diào)制結(jié)構(gòu)的介電晶體中，與微米量級的調(diào)制周期相應(yīng)的倒矢量將參與經(jīng)典波的傳播與激發(fā)過程，產(chǎn)生重要的光學和聲學效應(yīng)。利用非線性極化率的周期躍變和準相位匹配可以實現(xiàn)非線性光學過程的增強。

周期性極化KTP(周期極化磷酸氧鈦鉀,簡稱PPKTP)是一種基于準相位匹配(QPM)的獨特非線性材料。它可以為KTP透明度范圍內(nèi)的所有非線性應(yīng)用量身定制，而不受常規(guī)KTP相互作用中雙折射匹配的相位匹配限制。其有效非線性系數(shù)是常規(guī)KTP的3倍，在常規(guī)KTP晶體的非線性應(yīng)用中，晶體必須具有單疇結(jié)構(gòu)，而PPKTP晶體卻具有人為導致的周期性疇結(jié)構(gòu)。極化周期間隔的大小取決于具體應(yīng)用，從幾微米到幾十微米不等。極化方向通常是沿著晶體中具有最大非線性系數(shù)的方向，這點也和常規(guī)KTP晶體不同，后者的軸向是由實現(xiàn)相位匹配的約束條件來確定的。PPKTP具有很高的永久性高損傷閾值，在室溫下運行光折變效應(yīng)不明顯，非線性系數(shù)高等優(yōu)點，廣泛用于波長的高效轉(zhuǎn)換。PPKTP是極具競爭力的新型短波長光源的核心器件，由于雙折射相位匹配存在玻應(yīng)廷走離效應(yīng)，限制了非線性轉(zhuǎn)換效率的提高，準相位匹配不存在這樣的缺點，它可以在整個晶體長度上實現(xiàn)非臨界匹配，因此其相互作用長度不受限制，并且可以獲得在晶體的透過范圍內(nèi)整個光譜的諧波輸出。目前用高壓電場極化技術(shù)可以獲得較厚的PPKTP晶體，加上KTP晶體光損傷閾值高、光折變效應(yīng)低、適合室溫下運行的特點，許多人將它用于參量振蕩的研究。因此大孔徑的PPKTP晶體在OPO中可以獲得高功率、高重復(fù)率的寬帶可調(diào)諧變頻輸出。

PPKTP的制造過程，首先是采用微平版印刷技術(shù)，在KTP單疇基片表面沉積一個設(shè)定結(jié)構(gòu)的電極板，之后在精確控制的條件下對晶體施加電場，導致晶疇結(jié)構(gòu)產(chǎn)生所需要的變化。極化后的晶體經(jīng)測試合格后，切割成所需的尺寸，最后進行拋光和鍍膜處理。由此可見，周期極化晶體的制造工藝先進，非常適合于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。我們可提供PPKTP晶體標準器件，例如1064nm和946nm的倍頻(SHG)器件，也可以為客戶設(shè)計、訂做其他特殊用途的器件。使用PPKTP晶體時，需要配備溫度控制裝置。

產(chǎn)品特點

• 線性系數(shù)最高

• 無脫落

• 可用于 OEM 批量生產(chǎn)的大批量產(chǎn)品以及用于研發(fā)的小批量產(chǎn)品

• 相位匹配范圍廣

• 0 型或 II 型相互作用用

典型規(guī)格

* 可根據(jù)要求提供定制孔徑

PPKTP晶體與KTP單疇晶體二倍頻效率對比

測試條件：晶體長度=10.0mm, 激光脈寬=10ns

主要的應(yīng)用場景

• 激光器制造：PPKTP晶體可以作為倍頻材料用于中小功率激光器的制造，特別是Nd:YAG激光器和其他摻釹晶體激光器。這些激光器使用PPKTP晶體進行倍頻，產(chǎn)生重要的綠色光源，已經(jīng)逐步取代了染料激光器和藍寶石激光器。

• 藍光產(chǎn)生：PPKTP晶體還可與二極管泵浦光、Nd:YAG激光混頻產(chǎn)生藍光，并可調(diào)節(jié)釹離子激光器輸出波長。此外，它可放大泵浦光及用作可調(diào)電光器件等。

• 光學設(shè)備：PPKTP晶體在激光器的倍頻、和頻、差頻、光參量振蕩、光放大等行業(yè)得到廣泛運用。另外，它還可以作為電光晶體，用于電光調(diào)制器、光波導器件、光開關(guān)等行業(yè)。

• 測量儀器：PPKTP晶體也被廣泛運用在測量儀器、監(jiān)測儀器、激光雷達、工業(yè)激光加工設(shè)備、醫(yī)療器械、軍工設(shè)備、科研等領(lǐng)域中。

• OPO：光學參量振蕩器（OPO）類似于光源激光器，還使用一種激光諧振器，但基于光學增益從參量放大中的非線性晶體，而不是從受激發(fā)射。

標準產(chǎn)品

我們提供批量生產(chǎn)和客戶定制的PPKTP晶體，我們的PPKTP晶體可用于從可見光到中紅外的SHG倍頻、DFG差頻、SFG合頻、OPO光學參量震蕩，工作波長為350-4000nm，標準光學孔徑為1mm X 2mm。

SPPKTP晶體—一種專用于高功率應(yīng)用的非線性晶體

SPPKTP 改善了功率處理能力，降低了光吸收，同時還能保持高質(zhì)量的極化，適用于各種 QPM 和非周期性極化應(yīng)用。因此，它特別適用于非線性光學（如量子光學和相關(guān)領(lǐng)域）中需要高功率的應(yīng)用。

產(chǎn)品特點

• 功率處理能力： SPPKTP 支持的功率是標準 PPKTP 晶體的 6 倍。

• 低吸收：與標準 PPKTP 相比，它在 532nm 波長的吸收率低 50%，GRIIRA 效應(yīng)低 6 倍。

• 性能提高： 與標準 KTP 和 PPKTP 晶體相比，吸收率測量和 GRIIRA（綠色誘導紅外吸收）測試結(jié)果顯示其性能明顯更佳。

SppKTP 特性

吸收測量掃描整個晶體寬度和 GRIIRA（綠色誘導紅外吸收）測試（使用公共路徑干涉儀）顯示了以下結(jié)果：

典型規(guī)格

吸收測量

掃描晶體的長度（1064nm和532nm）。

GRIIRA 測量

測試測量在 1064nm 波長下的吸收隨時間變化的情況，其中誘導 532nm 波長的情況如下： 從 15KW/cm2 的 1064nm 波長開始測量 60 秒，然后在 15KW/cm2 的 1064nm 波長上增加 8KW/cm2 的 532nm 波長。

SppKTP 具有出色的功率處理能力和低光吸收特性，為高功率非線性光學領(lǐng)域的前沿研究和工業(yè)應(yīng)用提供了新的可能性。

MgO:PPLN—高效波長轉(zhuǎn)換的周期性極化鈮酸鋰非線性晶體

周期性極化鈮酸鋰 （PPLN） 是許多頻率轉(zhuǎn)換應(yīng)用的首選高性價比產(chǎn)品，主要用于紅外應(yīng)用，例如用于量子應(yīng)用的 SHG、OPO 和 SPDC。PPLN是一種用于高效波長轉(zhuǎn)換的非線性晶體，透光范圍廣，覆蓋了近、中紅外光譜區(qū)域，可實現(xiàn)從可見光到中紅外波段的倍頻（SHG)、和頻（SFG)、光學參量振蕩（OPO)等高效頻率轉(zhuǎn)換。可通過周期結(jié)構(gòu)的設(shè)計實現(xiàn)其透光范圍內(nèi)任意波長的輸出，從而滿足現(xiàn)代光學對激光波長多樣化的需求。PPLN 晶體已廣泛應(yīng)用于激光顯示、環(huán)境檢測、中紅外光譜學、全光波長轉(zhuǎn)換、光學傳感等領(lǐng)域。通過氧化鎂摻雜可大幅度提高晶體的光學損傷閾值及光折變閾值，同時保持高的非線性系數(shù)

產(chǎn)品特點

• 寬廣的透明度范圍： 420 nm - 5200 nm

• 高非線性系數(shù)： PPLN 具有較大的非線性光學系數(shù)（d33~27pm/V），這對高效非線性光學過程至關(guān)重要。

• 設(shè)計緊湊： PPLN 器件可設(shè)計成緊湊的集成配置，因此適用于以尺寸和便攜性為重要考慮因素的應(yīng)用。

• PPLN 具有相對較高的抗光折射損傷能力，可實現(xiàn)高功率運行并提高器件壽命。1064nm 波長下的吸收系數(shù)約為 0.1/cm，1064、10ns 波長下的激光損傷閾值為 100MW/cm2。

應(yīng)用領(lǐng)域

• 激光系統(tǒng)的頻率轉(zhuǎn)換

• 非線性光譜學

• 光通信

• 集成光子學

• 完美適用于緊湊型低功率固態(tài)激光系統(tǒng)

• 量子光源

典型規(guī)格

HP-APKTP—高純度非周期性極化反轉(zhuǎn)KTP晶體

HP-APKTP 晶體是非周期性極化，使我們能夠定制KTP晶體的極化結(jié)構(gòu)，以形成 SPDC（自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換）過程的結(jié)光譜。

基于該方法，我們提供了高純度的APKTP晶體，與標準PPKTP和PPLN晶體相比，其光譜純度更高，發(fā)射光子對的鑒別力更強，從而提高了糾纏光子源的性能，并具有較高的Hong-Ou-Mandel可見度（HOM效應(yīng)可見度）。

典型規(guī)格

產(chǎn)品特點

• II 型晶體，適合用具有簡并 SPDC 輸出的鈦寶石激光器 (775-795nm) 泵浦

• 最大化光譜純度：無需外部窄帶濾波器即可在電信波長下實現(xiàn)更高的光譜純度

• 改進量子特性：減少系統(tǒng)損耗，提高糾纏態(tài)的純度和精度

• 可定制的聯(lián)合光譜：獨特的非周期性極化來塑造 SPDC 過程的聯(lián)合光譜

• 性能提升：與標準 PPKTP 和 PPLN 晶體相比，從獨立來源獲得更高的 Hong-Ou-Mandel 可見度

• 改善空間特性：可以提高耦合到單模光纖中的單光子的保持效率

典型應(yīng)用

1.自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換（SPDC）

自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換（SPDC）是一種利用非線性光學晶體產(chǎn)生量子相關(guān)光子對的過程。當具有較高能量和波矢的單個光子（泵浦光）入射到非線性光學晶體時，晶體內(nèi)部會發(fā)生非線性過程，即泵浦光分裂成兩個具有較低能量和波矢的光子（信號光子和閑置光子），并自發(fā)發(fā)生下轉(zhuǎn)換。在這個過程中，能量和動量都守恒。在周期性（和非周期性）極化非線性晶體（PPKTP 和 APPKTP）中，可以通過控制非線性晶體的極化周期來控制產(chǎn)生的光子的特性。SPDC 過程能夠產(chǎn)生高純度的 Herald 單光子、相關(guān)光子和糾纏光子。這些光子對于各種應(yīng)用都很重要，包括量子密碼學、壓縮光產(chǎn)生、量子計算、量子超分辨率檢測和量子成像。

2.量子糾纏光子對

量子糾纏光子對是相關(guān)光子對的一個特例，它們以量子態(tài)不可分離的方式疊加。它們在空間上是分離的，但在非局部上是相連的。下圖顯示了如何生成一對糾纏的量子比特。這個量子態(tài)是兩個狀態(tài)的量子疊加。通過測量空間模式“a”中光子的水平H極化，我們發(fā)現(xiàn)第二個光子狀態(tài)是空間模式“b”中的垂直V極化。兩個光子并不分離，在雙粒子糾纏態(tài)中測量一個光子的狀態(tài)可以立即確定第二個光子的狀態(tài)。高效的糾纏源可用于許多重要的應(yīng)用，包括量子密鑰解密（QKD）、量子計算和量子計算機。

3.擠壓光

SPDC（自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換）將泵浦光轉(zhuǎn)換為一對相關(guān)光子：信號光和閑置光。這些相關(guān)性以多種不同的形式表現(xiàn)出來，其中一種就是壓縮光。在壓縮光中，電場的一個正交函數(shù)的量子不確定性減小（壓縮），同時另一個正交函數(shù)的不確定性增加（反壓縮或拉伸）。

4.量子關(guān)聯(lián)光子（光子對）

量子關(guān)聯(lián)光子（光子對）是量子光源的核心組成部分，在各種量子應(yīng)用中發(fā)揮著重要作用。根據(jù)物理守恒定律，SPDC 過程中產(chǎn)生的光子在動量、能量和到達時間等許多物理方面自然相關(guān)。光子同時到達的時間可以通過巧合檢測來測量。SPDC過程中產(chǎn)生的光子對在動量和頻率上具有相關(guān)性，不同頻率的光子對可以用于量子傳感，而無需直接探測低頻光子。