作者：维尔克斯 时间：2025-3-19 9:45:23
QPM准相位匹配技术是使PPLN等非线性晶体实现高效波长转换的核心手段，通过调整不同的QPM准相位匹配设置，该技术可被广泛应用于二次谐波产生（SHG）、光学参量震荡（OPO）等多种场景。
这些QPM准相位匹配配置在低功率高效率的可见光和中红外生成、量子光学中的纠缠光子对生成以及红外单光子传感等应用中表现出色。希望通过下文简单的介绍让您对非线性晶体的QPM准相位匹配配置有一个初步的了解。
准相位匹配（QPM）凭借其在非线性材料中工程相位匹配条件的独特能力，能够超越传统双折射相位匹配（BPM）所能实现的各种应用。例如，在各种波混合配置下，在选定的非线性材料的全透明范围内实现高效波长转换，针对不同应用设计和实现不同的QPM准相位匹配配置以及通过基于QPM的波导提高转换效率。这些QPM准相位匹配配置在低功率高效率的可见光和中红外生成、量子光学中的纠缠光子对生成以及红外单光子传感等应用中表现出色。
QPM准相位匹配（Quasi-Phase Matching）是一种通过周期性反转非线性材料的极化方向来实现相位匹配的技术。与传统双折射相位匹配（BPM）相比，QPM能够充分利用非线性材料的全透明波长范围（例如PPLN的350nm~5000nm），并使用最高的非线性系数（如PPLN晶体的d₃₃=25.3pm/V），从而实现高效波长转换。
由于空间走离问题一般不会发生在QPM准相位匹配配置中，如果需要，也可以使用更大的晶体的长度进行效率优化（50mm的PPLN是常用的长度，但是如果有需要，也可以使用80mm长度的PPLN）。这使得能够通过不同的混波配置进行有效的波长转换，以实现应用优化。图1中示出了混频配置（SHG/SFG/DFG/OPA/OPG/OPO）的示例。
图1
通过设计适当的相位匹配周期，QPM准相位匹配技术还将允许特定类型的波混合，例如用于用户特定应用要求的Type 0、Type I和Type II，如图2所示。利用QPM，对于所选择的QPM非线性晶体材料，可以实现所有上述类型，因为可以设计混合波之间的相位匹配条件：
-在Type 0过程中，两个具有异常极化（extraordinary polarization）的光子会结合生成一个新的具有异常极化的光子。
-在Type I过程中，两个具有普通极化（ordinary polarization）的光子会结合生成一个新的具有异常极化的光子。
-在Type II过程中，两个具有正交极化（一个普通极化和一个异常极化）的光子会结合生成一个新的具有普通极化的光子。
图2
从实际的应用考虑，利用QPM准相位匹配技术进行效率优化有几种基本的QPM准相位匹配配置，单程通过体块配置，单程通过波导配置，腔体配置（如OPO）和脉冲配置。
QPM准相位匹配技术不仅能够实现高效的波长转换，还支持多种特殊周期结构设计，如级联、扇形和定制化配置。这些设计为光谱工程和连续波长调谐提供了灵活性，进一步扩展了QPM技术的应用范围。图3展示了不同的QPM准相位匹配配置，如均匀（单一）周期QPM配置，多周期QPM配置（可调谐），扇形分布QPM配置（连续可调谐），啁啾QPM配置（频谱工程）和级联QPM配置（SHG+SFG/DFG）。
图3
由于QPM具有沿所需晶体取向沿着设计相位匹配条件的能力，因此还允许在所选周期性极化材料中制造波导的可行性，通过在周期性极化材料中制造波导，QPM技术能够将晶体效率提升2到3个数量级，比常规的非线性晶体的效率高，因此能够实现超出相同类型块体材料所能实现的应用的几种应用。这些QPM准相位匹配配置在低功率高效率的可见光和中红外生成、量子光学中的纠缠光子对生成以及红外单光子传感等应用中表现出色。准相位匹配（QPM）体块器件在高功率和大孔径应用中具有显著优势，而QPM波导（Waveguide, WG）则可以通过在长传播距离内紧密限制激光强度，进一步提高非线性波混频效率，如图4所示的QPM体块器件和QPM波导器件的比较。
图4
准相位匹配（Quasi-Phase Matching, QPM）凭借其在非线性材料中设计相位匹配条件的独特能力，使得我们能够充分利用光子的全维度特性（波长维度从紫外到中红外/太赫兹，时间维度从连续波到皮秒/飞秒/阿秒，能量维度从单光子到极高光子数（瓦级及以上）），尤其是在选定的非线性材料（如周期性极化铌酸锂，PPLN）中。如图5所示，PPLN的全光谱能力，结合其他互补光子学技术（如DPSS-二极管泵浦固态激光器和光纤激光器、传感器和光谱仪、其他波长管理技术等），将为多种重要应用领域做出关键贡献。
图5: 小光子的（a）全光谱尺寸和（b）潜在的影响
如果您对于不同QPM准相位匹配的PPLN晶体或者其他非线性晶体有需求的话，欢迎联系我们咨询。
