[IEEE 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 德国慕尼黑(2019.6.23-2019.6.27)] 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 周期极化材料中宽带自发参量下转换的特性表征

摘要： 自发参量下转换（SPDC）是产生纠缠或关联光子对最重要的光源之一，这些光子对是量子光学成像与光谱学等新兴领域的基础。采用周期性极化材料作为SPDC光源，可在宽调谐波长范围内实现高效、无离散的高效宽谱发射。对于采用非线性干涉装置的应用[1,2]，只有当信号光与闲频光模式在第二块晶体中精确重合时才能获得最大干涉对比度。因此，精确掌握SPDC的光谱-角向特性对设计此类器件至关重要。 本研究拓展了Byer和Harris[3]提出的解析方法，建立了面向应用的宽带SPDC信号功率密度模型。针对宽谱发射情况，需正确描述非共线相位匹配过程。通过引入角向依赖的有效相互作用长度来考虑有限泵浦光束直径的影响。以532nm泵浦的周期性极化铌酸锂为例，我们计算了其角向特性、光谱功率密度及总信号功率。为验证结果，将计算数据与2cm长5%MgO掺杂铌酸锂晶体（40℃工作温度）的实验结果进行对比——该晶体包含11个极化周期（8.2-11.2μm），采用2W功率532nm窄带激光泵浦并聚焦至120μm束腰。通过不同极化周期覆盖613-750nm信号波长范围（对应4-1.8μm闲频波长）。图1a将不同极化周期的计算光谱功率密度（实线）与实测光谱对比，各测量光谱经恒定因子缩放以实现与计算功率密度的最佳拟合（仅作定性比较）。图1b展示不同通道总信号功率（实线）与实测值（黑点）随共线（峰值）信号波长的定量对比进一步验证了计算结果。该解析模型无需耗时数值模拟即可直接应用于周期性极化晶体SPDC的多种实验构型，精确掌握SPDC发射的空间与光谱结构可为采用SPDC作为光子对源的功能器件设计提供预测依据。