量子准相位匹配晶体

PPKTP—周期极化晶体KTP

周期性结构中波的传播是固体物理学中的一个核心概念。理论分析表明，在具有调制结构的介电晶体中，与微米量级的调制周期相应的倒矢量将参与经典波的传播与激发过程，产生重要的光学和声学效应。利用非线性极化率的周期跃变和准相位匹配可以实现非线性光学过程的增强。

周期性极化KTP(周期极化磷酸氧钛钾,简称PPKTP)是一种基于准相位匹配(QPM)的独特非线性材料。它可以为KTP透明度范围内的所有非线性应用量身定制，而不受常规KTP相互作用中双折射匹配的相位匹配限制。其有效非线性系数是常规KTP的3倍，在常规KTP晶体的非线性应用中，晶体必须具有单畴结构，而PPKTP晶体却具有人为导致的周期性畴结构。极化周期间隔的大小取决于具体应用，从几微米到几十微米不等。极化方向通常是沿着晶体中具有最大非线性系数的方向，这点也和常规KTP晶体不同，后者的轴向是由实现相位匹配的约束条件来确定的。PPKTP具有很高的永久性高损伤阈值，在室温下运行光折变效应不明显，非线性系数高等优点，广泛用于波长的高效转换。PPKTP是极具竞争力的新型短波长光源的核心器件，由于双折射相位匹配存在玻应廷走离效应，限制了非线性转换效率的提高，准相位匹配不存在这样的缺点，它可以在整个晶体长度上实现非临界匹配，因此其相互作用长度不受限制，并且可以获得在晶体的透过范围内整个光谱的谐波输出。目前用高压电场极化技术可以获得较厚的PPKTP晶体，加上KTP晶体光损伤阈值高、光折变效应低、适合室温下运行的特点，许多人将它用于参量振荡的研究。因此大孔径的PPKTP晶体在OPO中可以获得高功率、高重复率的宽带可调谐变频输出。

PPKTP的制造过程，首先是采用微平版印刷技术，在KTP单畴基片表面沉积一个设定结构的电极板，之后在精确控制的条件下对晶体施加电场，导致晶畴结构产生所需要的变化。极化后的晶体经测试合格后，切割成所需的尺寸，最后进行抛光和镀膜处理。由此可见，周期极化晶体的制造工艺先进，非常适合于工业化大规模生产。我们可提供PPKTP晶体标准器件，例如1064nm和946nm的倍频(SHG)器件，也可以为客户设计、订做其他特殊用途的器件。使用PPKTP晶体时，需要配备温度控制装置。

产品特点

• 线性系数最高
• 无脱落
• 可用于 OEM 批量生产的大批量产品以及用于研发的小批量产品
• 相位匹配范围广
• 0 型或 II 型相互作用用

典型规格

* 可根据要求提供定制孔径

PPKTP晶体与KTP单畴晶体二倍频效率对比

测试条件：晶体长度=10.0mm, 激光脉宽=10ns

主要的应用场景

• 激光器制造：PPKTP晶体可以作为倍频材料用于中小功率激光器的制造，特别是Nd:YAG激光器和其他掺钕晶体激光器。这些激光器使用PPKTP晶体进行倍频，产生重要的绿色光源，已经逐步取代了染料激光器和蓝宝石激光器。
• 蓝光产生：PPKTP晶体还可与二极管泵浦光、Nd:YAG激光混频产生蓝光，并可调节钕离子激光器输出波长。此外，它可放大泵浦光及用作可调电光器件等。
• 光学设备：PPKTP晶体在激光器的倍频、和频、差频、光参量振荡、光放大等行业得到广泛运用。另外，它还可以作为电光晶体，用于电光调制器、光波导器件、光开关等行业。
• 测量仪器：PPKTP晶体也被广泛运用在测量仪器、监测仪器、激光雷达、工业激光加工设备、医疗器械、军工设备、科研等领域中。
• OPO：光学参量振荡器（OPO）类似于光源激光器，还使用一种激光谐振器，但基于光学增益从参量放大中的非线性晶体，而不是从受激发射。

标准产品

我们提供批量生产和客户定制的PPKTP晶体，我们的PPKTP晶体可用于从可见光到中红外的SHG倍频、DFG差频、SFG合频、OPO光学参量震荡，工作波长为350-4000nm，标准光学孔径为1mm X 2mm。

SPPKTP晶体—一种专用于高功率应用的非线性晶体

SPPKTP 改善了功率处理能力，降低了光吸收，同时还能保持高质量的极化，适用于各种 QPM 和非周期性极化应用。因此，它特别适用于非线性光学（如量子光学和相关领域）中需要高功率的应用。

产品特点

• 功率处理能力： SPPKTP 支持的功率是标准 PPKTP 晶体的 6 倍。
• 低吸收：与标准 PPKTP 相比，它在 532nm 波长的吸收率低 50%，GRIIRA 效应低 6 倍。
• 性能提高： 与标准 KTP 和 PPKTP 晶体相比，吸收率测量和 GRIIRA（绿色诱导红外吸收）测试结果显示其性能明显更佳。

SppKTP 特性

吸收测量扫描整个晶体宽度和 GRIIRA（绿色诱导红外吸收）测试（使用公共路径干涉仪）显示了以下结果：

典型规格

吸收测量

扫描晶体的长度（1064nm和532nm）。

GRIIRA 测量

测试测量在 1064nm 波长下的吸收随时间变化的情况，其中诱导 532nm 波长的情况如下： 从 15KW/cm2 的 1064nm 波长开始测量 60 秒，然后在 15KW/cm2 的 1064nm 波长上增加 8KW/cm2 的 532nm 波长。

SppKTP 具有出色的功率处理能力和低光吸收特性，为高功率非线性光学领域的前沿研究和工业应用提供了新的可能性。

MgO:PPLN—高效波长转换的周期性极化铌酸锂非线性晶体

周期性极化铌酸锂 （PPLN） 是许多频率转换应用的首选高性价比产品，主要用于红外应用，例如用于量子应用的 SHG、OPO 和 SPDC。PPLN是一种用于高效波长转换的非线性晶体，透光范围广，覆盖了近、中红外光谱区域，可实现从可见光到中红外波段的倍频（SHG)、和频（SFG)、光学参量振荡（OPO)等高效频率转换。可通过周期结构的设计实现其透光范围内任意波长的输出，从而满足现代光学对激光波长多样化的需求。PPLN 晶体已广泛应用于激光显示、环境检测、中红外光谱学、全光波长转换、光学传感等领域。通过氧化镁掺杂可大幅度提高晶体的光学损伤阈值及光折变阈值，同时保持高的非线性系数

产品特点

• 宽广的透明度范围： 420 nm - 5200 nm
• 高非线性系数： PPLN 具有较大的非线性光学系数（d33~27pm/V），这对高效非线性光学过程至关重要。
• 设计紧凑： PPLN 器件可设计成紧凑的集成配置，因此适用于以尺寸和便携性为重要考虑因素的应用。
• PPLN 具有相对较高的抗光折射损伤能力，可实现高功率运行并提高器件寿命。1064nm 波长下的吸收系数约为 0.1/cm，1064、10ns 波长下的激光损伤阈值为 100MW/cm2。

应用领域

• 激光系统的频率转换
• 非线性光谱学
• 光通信
• 集成光子学
• 完美适用于紧凑型低功率固态激光系统
• 量子光源

典型规格

HP-APKTP—高纯度非周期性极化反转KTP晶体

HP-APKTP 晶体是非周期性极化，使我们能够定制KTP晶体的极化结构，以形成 SPDC（自发参量下转换）过程的结光谱。

基于该方法，我们提供了高纯度的APKTP晶体，与标准PPKTP和PPLN晶体相比，其光谱纯度更高，发射光子对的鉴别力更强，从而提高了纠缠光子源的性能，并具有较高的Hong-Ou-Mandel可见度（HOM效应可见度）。

典型规格

产品特点

• II 型晶体，适合用具有简并 SPDC 输出的钛宝石激光器 (775-795nm) 泵浦
• 最大化光谱纯度：无需外部窄带滤波器即可在电信波长下实现更高的光谱纯度
• 改进量子特性：减少系统损耗，提高纠缠态的纯度和精度
• 可定制的联合光谱：独特的非周期性极化来塑造 SPDC 过程的联合光谱
• 性能提升：与标准 PPKTP 和 PPLN 晶体相比，从独立来源获得更高的 Hong-Ou-Mandel 可见度
• 改善空间特性：可以提高耦合到单模光纤中的单光子的保持效率

典型应用

1.自发参量下转换（SPDC）

自发参量下转换（SPDC）是一种利用非线性光学晶体产生量子相关光子对的过程。当具有较高能量和波矢的单个光子（泵浦光）入射到非线性光学晶体时，晶体内部会发生非线性过程，即泵浦光分裂成两个具有较低能量和波矢的光子（信号光子和闲置光子），并自发发生下转换。在这个过程中，能量和动量都守恒。在周期性（和非周期性）极化非线性晶体（PPKTP 和 APPKTP）中，可以通过控制非线性晶体的极化周期来控制产生的光子的特性。SPDC 过程能够产生高纯度的 Herald 单光子、相关光子和纠缠光子。这些光子对于各种应用都很重要，包括量子密码学、压缩光产生、量子计算、量子超分辨率检测和量子成像。

2.量子纠缠光子对

量子纠缠光子对是相关光子对的一个特例，它们以量子态不可分离的方式叠加。它们在空间上是分离的，但在非局部上是相连的。下图显示了如何生成一对纠缠的量子比特。这个量子态是两个状态的量子叠加。通过测量空间模式“a”中光子的水平​​H极化，我们发现第二个光子状态是空间模式“b”中的垂直V极化。两个光子并不分离，在双粒子纠缠态中测量一个光子的状态可以立即确定第二个光子的状态。高效的纠缠源可用于许多重要的应用，包括量子密钥解密（QKD）、量子计算和量子计算机。

3.挤压光

SPDC（自发参量下转换）将泵浦光转换为一对相关光子：信号光和闲置光。这些相关性以多种不同的形式表现出来，其中一种就是压缩光。在压缩光中，电场的一个正交函数的量子不确定性减小（压缩），同时另一个正交函数的不确定性增加（反压缩或拉伸）。

4.量子关联光子（光子对）

量子关联光子（光子对）是量子光源的核心组成部分，在各种量子应用中发挥着重要作用。根据物理守恒定律，SPDC 过程中产生的光子在动量、能量和到达时间等许多物理方面自然相关。光子同时到达的时间可以通过巧合检测来测量。SPDC过程中产生的光子对在动量和频率上具有相关性，不同频率的光子对可以用于量子传感，而无需直接探测低频光子。