高斯光束的倍频.ppt

3 6高斯光束的倍频 3 7超短脉冲的光倍频 3 8非线性光学材料 3 6高斯光束的倍频 一 近场不考虑离散效应倍频效率二 近场考虑离散效应倍频效率三 一般情况 3 7超短脉冲的光倍频 一 型相位匹配 平面波小讯号近似解分情况讨论 得出稳态瞬态分界线二 型相位匹配 小讯号解 3 8非线性光学材料 一 非线性光学材料要求二 几种典型材料1 KDP类型晶体2 铌酸锂和碘酸锂3 KTP4 偏硼酸钡5 半导体材料 6 有机非线性晶体 3 6高斯光束的倍频 光倍频实验仪器 其中光源发出的激光为高斯光束 3 6高斯光束的倍频 什么是高斯光束 在光学中 高斯光束 英语 Gaussianbeam 是横向电场以及辐射照度分布近似满足高斯函数的电磁波光束 高斯光束的瞬时辐射照度电脑绘图 3 6高斯光束的倍频 首先探究近场 不考虑离散效应时 倍频效率的解 远小于1 高斯光束的表达式简化为波阵面为平面 因此利用前面平面波耦合波方程 求解出谐波小讯号近似解 近场不考虑离散 分别求出基波功率和谐波功率 近场不考虑离散 求出倍频效率 3 6高斯光束的倍频 近场但是考虑离散效应假定满足相位匹配条件 并假定离散发生在X Z平面内 只讨论小讯号近似 积分路径发生改变 得到新的谐波解引入归一化坐标和新的积分F u t 则上式改写为 近场考虑离散效应 函数F u t 描述晶体双折射引起扭变的谐波场 没有双折射时 0 F在x方向恢复高斯分布 双折射现象越严重 谐波在x方向拉的越宽 峰值强度也越低 画图 近场考虑离散效应 求出二次谐波的总功率得倍频效率其中由G与t时间关系可看出双折射与倍频效率关系 3 6高斯光束的倍频 一般情况倍频效率 h与B的关系 3 7超短脉冲的光倍频 短波长超短脉冲激光具有巨大的应用潜力 获得这种激光的方法是对输出超短脉冲激光进行频率转换 而超短脉冲倍频技术是实现短波长超短脉冲激光的主要技术 因此提高效率是很重要的一个研究领域 3 7超短脉冲的光倍频 对于超短脉冲 需要用瞬态耦合波方程 讨论小讯号近似解 解出此时分情况讨论 3 7超短脉冲的光倍频 1 此情况下 与稳态情况结果一致2 这时或常数 3 7超短脉冲的光倍频 第一种情况相当于基波和谐波的群速近似相等 基波与谐波脉冲在传播过程中相对静止 类似于稳态 不同的在于基波幅度虽时间变化 因此倍频效率是时间的函数 第二种情况晶体各个部分所产生的谐波分量不能同时到达数出面 因此在某一区间内 谐波买重复读近似不变 而在此区间外谐波脉冲幅度近似为零 总的脉冲型类似矩阵 3 7超短脉冲的光倍频 因此我们可以把作为倍频稳态和瞬态过程的分界线 某个过程是否做瞬态处理 不仅要看基波脉宽 还要看晶体特性 厚度L 因为为了获得高转换效率 必须要求基波群速和谐波群速相等 对于 型相位匹配 o光和e光的群速不同也会造成倍频效率下降 3 8非线性光学材料 材料要求1 有适当大小的非线性系数2 在工作波长或波段有较高的透明度3 在工作波长或波段可以实现相位匹配4 有较高的光损伤阈值5 能制成具有足够尺寸的光学均匀性好的晶体6 易于光学加工7 物化性能稳定 3 8非线性光学材料 一 KDP磷酸二氢钾类型的晶体 KDP磷酸二氢钾类型的晶体 包含KDP ADP CDA RDA ADA及其相应的氘化物 特点 光学均匀性好 易生长成大块优质晶体 光损伤阈值高 非线性系数较低 缺点 都是水溶性晶体 易潮解 硬度不高 不易抛光及镀减反膜 3 8非线性光学材料 二 铌酸锂和碘酸锂 铌酸锂和碘酸锂 铌酸锂是一种铁电体 具有较高非线性系数某些晶体在一定的温度范围内具有自发极化 而且其自发极化方向可以因外电场方向的反向而反向 晶体的这种性质称为铁电性 具有铁电性的晶体称为铁电体特点 可以生长成高光学质量的晶体 容易抛光 物理性能稳定 缺点 不可逆光损伤阈值低广泛用于倍频及参量振荡器 碘酸锂具有较大的双折射特性 可以做倍频及光参量振荡器的材料 3 8非线性光学材料 三 KTP磷酸氧钛钾 KTP 有较高的非线性系数 越KDP15倍 硬度高 化学性能稳定 容易抛光镀膜 光损伤阈值较高 3 8非线性光学材料 四 偏硼酸钡 偏硼酸钡 非线性系数大约为KDP4倍 机械加工性能良好 表面可以镀膜 化学性能稳定 光损伤阈值高 很有前途的一种材料 中科院福建物构所研制 3 8非线性光学材料 五 半导体材料 半导体材料 碲是早期使用的红外倍频材料 由于生长和加工存在问题使得不能广泛应用 在所有已知非线性材料中 碲的非线性系数最高 但在强的基波和谐波作用下会产生自由电子而引起损耗 从而使转换效率受到限制 3 8非线性光学材料 六 有机非线性晶体 有机非线性材料 尿素非线性系数约为KDP3倍 破坏阈值高 3 8非线性光学材料 KDP适合高功率倍频 虽然非线