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外腔共振和频系统中阻抗匹配的理论研究

闫晓娟 马维光 谭巍

外腔共振和频系统中阻抗匹配的理论研究

闫晓娟, 马维光, 谭巍
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  • 外腔共振是提高和频效率的有效方法. 实现外腔共振高效和频需要基频光高效地耦合到外部谐振腔中, 因此系统要达到阻抗匹配. 本文分别建立了双波长和单波长外腔共振和频系统的理论模型, 分析了腔增强因子与耦合腔镜反射率、入射基频光功率等参数的依赖关系, 通过数值模拟获得最优化的共振光耦合腔镜反射率, 使系统达到阻抗匹配, 提高和频效率. 研究表明, 无论双波长还是单波长外腔共振和频系统, 共振基频光的最佳耦合腔镜反射率只会随着另一束共振或者不共振的基频光入射功率的增加而减小, 而其本身的入射功率变化则影响较小; 进一步分析表明, 若共振基频光的耦合腔镜反射率超过阻抗匹配值, 和频光功率将会迅速减小, 而小于阻抗匹配值时, 和频光功率减少速度相对较慢, 因此实验过程中要尽量避免过耦合的情况出现. 本文的理论分析过程将对外腔和频实验有一定的指导意义.
      通信作者: 闫晓娟, yanxj@sxu.edu.cn
    • 基金项目: 国家重点基础研究发展计划(批准号: 2012CB921603)、国家自然科学基金(批准号: 61178009, 61275213, 11304189)和山西省青年科学基金(批准号: 2015021105)资助的课题.
    [1]

    Franken P A, Hill A E, Peters C W, Weinreich G 1961 Phys. Rev. Lett. 7 118

    [2]

    Maker P D, Terhune R W, Nisenoff C M, Savage C 1962 Phys. Rev. Lett. 8 21

    [3]

    Giordmine J 1962 Phys. Rev. Lett. 8 19

    [4]

    Foltynowicz A, Ban T, Masłwski P, Adler F, Ye J 2011 Phys. Rev. Lett. 107 233002

    [5]

    Sugiyama K, Kawajiri S, Yabu N, Matsumoto K, Kitano M 2010 Appl. Opt. 49 5510

    [6]

    Hollemann G, Braun B, Dorsch F, Hennig P, Heistulf P, Kutschki U, Voelckel H 2000 Proc. SPIE 3954 140

    [7]

    Wang P Y, Xie S Y, Bo Y, Wang B S, Zuo J W, Wang Z C, Shen Y, Zhang F F, Wei K, Jin K, Xu Y T, Xu J L, Peng Q J, Zhang J Y, Lei W Q, Cui D F, Zhang Y D, Xu Z Y 2014 Chin. Phys. B 23 094208

    [8]

    Yan X J, Li Z X, Zhang Y Z, Tan W, Fu X F, Ma W G, Zhang L, Yin W B, Jia S T 2012 Acta Sin. Quantum Opt. 18 197 (in Chinese) [闫晓娟, 李志新, 张永智, 谭巍, 付小芳, 马维光, 张雷, 尹王保, 贾锁堂 2012 量子光学学报 18 197]

    [9]

    Boyd G D, Kleinman D A 1968 J. Appl. Phys. 39 3597

    [10]

    Wen X, Han Y H, Bai J D, He J, Wang Y H, Yang B D, Wang J M 2014 Opt. Express 22 32293

    [11]

    Yang W H, Wang Y J, Zheng Y H, Lu H D 2015 Opt. Express 23 19624

    [12]

    Yan X J, Li Z X, Zhang Y Z, Wang L, Hu Z Y, Ma W G, Zhang L, Yin W B, Jia S T 2011 Acta Phys. Sin. 60 104210 (in Chinese) [闫晓娟, 李志新, 张永志, 王乐, 胡志裕, 马维光, 张雷, 尹王保, 贾锁堂 2011 物理学报 60 104210]

    [13]

    Tan W, Fu X F, Li Z X, Zhao G, Yan X J, Ma W G, Dong L, Zhang L, Yin W B, Jia S T 2013 Acta Phys. Sin. 62 094211 (in Chinese) [谭巍, 付小芳, 李志新, 赵刚, 闫晓娟, 马维光, 董磊, 张雷, 尹王保, 贾锁堂 2013 物理学报 62 094211]

    [14]

    Bienfang J C, Denman C A, Grime B W, Hillman P D, Moore G T, Telle J M 2003 Opt. Lett. 28 2219

    [15]

    Kumagai H 2007 Opt. Lett. 32 62

    [16]

    Andersen M T, Schlosser P J, Hastie J E, Tidemand-Lichtenberg P, Dawson M D, Pedersen C 2009 Opt. Express 17 6010

    [17]

    Mimoun E, Sarlo L D, Zondy J J, Dalibard J, Gerbier F 2010 Appl. Phys. B 99 31

    [18]

    Samblowski A, Vollmer C E, Baune C, Fiurek J, Schnabel R 2014 Opt. Lett. 39 2979

  • [1]

    Franken P A, Hill A E, Peters C W, Weinreich G 1961 Phys. Rev. Lett. 7 118

    [2]

    Maker P D, Terhune R W, Nisenoff C M, Savage C 1962 Phys. Rev. Lett. 8 21

    [3]

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    Sugiyama K, Kawajiri S, Yabu N, Matsumoto K, Kitano M 2010 Appl. Opt. 49 5510

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    Yang W H, Wang Y J, Zheng Y H, Lu H D 2015 Opt. Express 23 19624

    [12]

    Yan X J, Li Z X, Zhang Y Z, Wang L, Hu Z Y, Ma W G, Zhang L, Yin W B, Jia S T 2011 Acta Phys. Sin. 60 104210 (in Chinese) [闫晓娟, 李志新, 张永志, 王乐, 胡志裕, 马维光, 张雷, 尹王保, 贾锁堂 2011 物理学报 60 104210]

    [13]

    Tan W, Fu X F, Li Z X, Zhao G, Yan X J, Ma W G, Dong L, Zhang L, Yin W B, Jia S T 2013 Acta Phys. Sin. 62 094211 (in Chinese) [谭巍, 付小芳, 李志新, 赵刚, 闫晓娟, 马维光, 董磊, 张雷, 尹王保, 贾锁堂 2013 物理学报 62 094211]

    [14]

    Bienfang J C, Denman C A, Grime B W, Hillman P D, Moore G T, Telle J M 2003 Opt. Lett. 28 2219

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    Andersen M T, Schlosser P J, Hastie J E, Tidemand-Lichtenberg P, Dawson M D, Pedersen C 2009 Opt. Express 17 6010

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    Samblowski A, Vollmer C E, Baune C, Fiurek J, Schnabel R 2014 Opt. Lett. 39 2979

  • [1] 张继业, 张建伟, 曾玉刚, 张俊, 宁永强, 张星, 秦莉, 刘云, 王立军. 高功率垂直外腔面发射半导体激光器增益设计及制备. 物理学报, 2020, 69(5): 054204. doi: 10.7498/aps.69.20191787
    [2] 陈亚博, 杨晓阔, 危波, 吴瞳, 刘嘉豪, 张明亮, 崔焕卿, 董丹娜, 蔡理. 非对称条形纳磁体的铁磁共振频率和自旋波模式. 物理学报, 2020, 69(5): 057501. doi: 10.7498/aps.69.20191622
    [3] 张战刚, 雷志锋, 童腾, 李晓辉, 王松林, 梁天骄, 习凯, 彭超, 何玉娟, 黄云, 恩云飞. 14 nm FinFET和65 nm平面工艺静态随机存取存储器中子单粒子翻转对比. 物理学报, 2020, 69(5): 056101. doi: 10.7498/aps.69.20191209
    [4] 刘祥, 米文博. Verwey相变处Fe3O4的结构、磁性和电输运特性. 物理学报, 2020, 69(4): 040505. doi: 10.7498/aps.69.20191763
    [5] 朱肖丽, 胡耀垓, 赵正予, 张援农. 钡和铯释放的电离层扰动效应对比. 物理学报, 2020, 69(2): 029401. doi: 10.7498/aps.69.20191266
    [6] 王晓雷, 赵洁惠, 李淼, 姜光科, 胡晓雪, 张楠, 翟宏琛, 刘伟伟. 基于人工表面等离激元的厚度渐变镀银条带探针实现太赫兹波的紧聚焦和场增强. 物理学报, 2020, 69(5): 054201. doi: 10.7498/aps.69.20191531
    [7] 周旭聪, 石尚, 李飞, 孟庆田, 王兵兵. 利用双色激光场下域上电离谱鉴别H32+ 两种不同分子构型. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20200013
    [8] 卢超, 陈伟, 罗尹虹, 丁李利, 王勋, 赵雯, 郭晓强, 李赛. 纳米体硅鳍形场效应晶体管单粒子瞬态中的源漏导通现象研究. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20191896
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-09-10
  • 修回日期:  2015-10-23
  • 刊出日期:  2016-02-20

外腔共振和频系统中阻抗匹配的理论研究

  • 1. 山西大学物理电子工程学院, 太原 030006;
  • 2. 山西大学激光光谱研究所, 太原 030006
  • 通信作者: 闫晓娟, yanxj@sxu.edu.cn
    基金项目: 

    国家重点基础研究发展计划(批准号: 2012CB921603)、国家自然科学基金(批准号: 61178009, 61275213, 11304189)和山西省青年科学基金(批准号: 2015021105)资助的课题.

摘要: 外腔共振是提高和频效率的有效方法. 实现外腔共振高效和频需要基频光高效地耦合到外部谐振腔中, 因此系统要达到阻抗匹配. 本文分别建立了双波长和单波长外腔共振和频系统的理论模型, 分析了腔增强因子与耦合腔镜反射率、入射基频光功率等参数的依赖关系, 通过数值模拟获得最优化的共振光耦合腔镜反射率, 使系统达到阻抗匹配, 提高和频效率. 研究表明, 无论双波长还是单波长外腔共振和频系统, 共振基频光的最佳耦合腔镜反射率只会随着另一束共振或者不共振的基频光入射功率的增加而减小, 而其本身的入射功率变化则影响较小; 进一步分析表明, 若共振基频光的耦合腔镜反射率超过阻抗匹配值, 和频光功率将会迅速减小, 而小于阻抗匹配值时, 和频光功率减少速度相对较慢, 因此实验过程中要尽量避免过耦合的情况出现. 本文的理论分析过程将对外腔和频实验有一定的指导意义.

English Abstract

参考文献 (18)

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