具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明实施例提供的实现准相位匹配多波长倍频转换的方法，该方法中使用准周期结构的晶体，晶体材料为极化铌酸锂晶体，晶体被长度为A、B的单元畴连续嵌套，单个周期嵌套的排序为ABBA。该方法能在满足Type-I(e+e→o)型准相位匹配的条件下，同时实现多个波长的倍频转换，并通过控制温度来调节产生倍频光的波段，能在单一晶体结构中实现常用通信波段的全覆盖。具体实施步骤如下：

步骤1：给出基于准相位匹配实现多波长倍频的准周期铌酸锂晶体结构模型：

本发明上述准周期结构采用的晶体材料为5mol％掺氧化镁铌酸锂晶体(5mol％MgO:LN)，晶体呈长方体形状，上下表面平行且均被抛光，晶体的结构如图1所示，晶体在光波传播方向被两种畤长分别为A、B的单元畴，以ABBA顺序为周期连续嵌套，每个单元畴的自发极化方向由向上向下依次排列。A与B畤长的比值lA:lB＝0.864:2.136，该数据为算法优化得到的最优值。

步骤2：给定初始条件，确定准周期结构的具体参数：

给定一初始波长与温度，利用Sellmeier方程确定该条件下实现Type-I(e+e→o)型准相位匹配所需的相干长度。相干长度lc由以下公式得到：

其中λ为基频光波长，nω为基频光在晶体中折射率，n2ω为倍频光在晶体中折射率。

折射率n由Sellmeier公式得到：

其中λ为基频光波长，f(T)为温度参数，当晶体为5％MgO掺杂的LN时，o光和e光的系数ai、bi由表1所示。

表1 5％MgO掺杂的LN晶体Sellmeier方程参数表

温度参数f由以下公式得到：

f(T)＝(T-24.5)(T+570.82)

其中T为温度，单位为摄氏度。

取相干长度的两倍为所述准周期结构的周期长度，并通过比例确定A、B畴的畤长，所述准周期结构晶体的总长为10mm，根据计算所得的周期长度来确定结构的周期数。

步骤3：通过此结构能够实现高效率多波长倍频转换，倍频效率η有以下公式得到：

公式中，d33表示z方向上最大的非线性系数，L表示晶体的总长度，Δk(λ)表示相位失配量，d(z)表示单个畴单元的极化方向分布，随着z值的变化而变化。当d(z)＝1时，极化方向向上，当d(z)＝-1时，极化方向向下。其中Δk(λ)由以下公式得出：

引入一个相对有效非线性系数dreff(λ)表述为：

在本发明中将引入dreff(λ)的dB值来衡量转换效率的高低。

步骤4：同时实现多个波长的倍频输出，利用Type-I(e+e→o)型准相位匹配效果受温度影响明显的特性，通过温度调谐，在单一晶体结构中实现常用通信波段的倍频输出全覆盖。

计算实例：

具体参数设置如下：本发明所述准周期结构选择5％MgO掺杂的铌酸锂晶体作为倍频晶体，利用Type-I(e+e→o)型准相位匹配，温度设置为62.4℃，准周期结构的周期长度设置为6.5μm，其中A型畴畤长为0.936μm，B型畴的畤长为2.314μm，晶体的周期个数为1500个，总长约为10mm。如图2所示，在上述条件下，所述准周期结构可以实现基频光波长为1.0688μm与1.55μm处的双波长倍频，相对转换效率的dB值分别为-4.07dB与-4.06dB。

如图3所示，当周期长度固定时，满足Type-I(e+e→o)型准相位匹配条件的基频光波长受到温度变化的影响较大。所以在不改变晶体结构的情况下，可以通过精准控制温度来实现不同基频波长的倍频转换。图4为在本发明所述准周期结构中，上述参数设置不变仅改变温度时，基频波长与相对转换效率的关系图。如图4所示，该结构可以同时实现三个波长的倍频输出，倍频光的相对转换效率在均大于-10dB，三个基波的波峰随着温度增加而减小。图5为通过温度调谐实现倍频的三个波峰所能覆盖的波长范围，如图5所示，本发明所述准周期结构，可以实现基频光波长为0.84μm-1.1μm、1.28μm-1.6μm范围内的倍频输出，覆盖了所有常用的通信波段。使用本发明上述参数实现常用通信波段倍频所需的温度由下表给出。

表2常用通信波段倍频温度效率表

综上所述，提供了一种实现准相位匹配多波长倍频转换的方法，从准相位匹配技术的原理出发，设计一种新型的准周期晶体结构，可以同时实现多个波长的倍频输出；同时利用Type-I(e+e→o)型准相位匹配效果受温度影响明显的特性，通过温度调谐，在单一晶体结构中实现常用通信波段的倍频输出全覆盖，对比于传统的带宽倍频输出，倍频光的转换效率显著提高，对全光通信以及全光网络技术的发展有着重要的意义。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。