高斯光束的倍频.pptx

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.KTP 4.-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，高斯光束高斯光束（英语：Gaussian beam）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铁电性，具有铁电性的晶体称为铁电体铁电体特点：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：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。破坏阈值高使用时，直接删除本页！使用时，直接删除本页！精品课件，你值得拥有精品课件，你值得拥有！精品课件，你值得拥有精品课件，你值得拥有！使用时，直接删除本页！使用时，直接删除本页！精品课件，你值得拥有精品课件，你值得拥有！精品课件，你值得拥有精品课件，你值得拥有！使用时，直接删除本页！使用时，直接删除本页！精品课件，你值得拥有精品课件，你值得拥有！精品课件，你值得拥有精品课件，你值得拥有！3-8非线性光学材料KDP适合高功率倍频，虽然非线性系数低，基波波长500nm到红外铌酸锂适合在中，低功率下使用，波长0.6-5m半导体材料适合红外波长，功率密度在50MW/cm一下KTP和偏硼酸钡有希望，各方面性能好。尿素非线性特性好，但无大块优质晶体