高斯光束的倍頻.ppt

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1、3-6高斯光束的倍頻3-7超短脈沖的光倍頻3-8非線性光學(xué)材料3-6高斯光束的倍頻一、近場(chǎng)不考慮離散效應(yīng)倍頻效率二、近場(chǎng)考慮離散效應(yīng)倍頻效率三、一般情況3-7超短脈沖的光倍頻一、Ⅰ型相位匹配，平面波小訊號(hào)近似解分情況討論，得出穩(wěn)態(tài)瞬態(tài)分界線二、Ⅱ型相位匹配，小訊號(hào)解3-8非線性光學(xué)材料一、非線性光學(xué)材料要求二、幾種典型材料1.KDP類型晶體2.鈮酸鋰和碘酸鋰3.KTP4.β-偏硼酸鋇5.半導(dǎo)體材料。6.有機(jī)非線性晶體3-6高斯光束的倍頻光倍頻實(shí)驗(yàn)儀器其中光源發(fā)出的激光為高斯光束3-6高斯光束的倍頻什么是高斯光束？在光學(xué)中，高斯光束（英語(yǔ)：Gaussianb

2、eam）是橫向電場(chǎng)以及輻射照度分布近似滿足高斯函數(shù)的電磁波光束。高斯光束的瞬時(shí)輻射照度電腦繪圖3-6高斯光束的倍頻首先探究近場(chǎng)，不考慮離散效應(yīng)時(shí)，倍頻效率的解（ξ遠(yuǎn)小于1）高斯光束的表達(dá)式簡(jiǎn)化為波陣面為平面，因此利用前面平面波耦合波方程，求解出諧波小訊號(hào)近似解。近場(chǎng)不考慮離散分別求出基波功率和諧波功率近場(chǎng)不考慮離散求出倍頻效率3-6高斯光束的倍頻近場(chǎng)但是考慮離散效應(yīng)假定滿足相位匹配條件，并假定離散發(fā)生在X-Z平面內(nèi)，只討論小訊號(hào)近似，積分路徑發(fā)生改變。得到新的諧波解引入歸一化坐標(biāo)和新的積分F（u，t），則上式改寫(xiě)為近場(chǎng)考慮離散效應(yīng)函數(shù)F(u,t)描述晶體雙

3、折射引起扭變的諧波場(chǎng)。沒(méi)有雙折射時(shí)ρ=0，F(xiàn)在x方向恢復(fù)高斯分布。雙折射現(xiàn)象越嚴(yán)重，諧波在x方向拉的越寬，峰值強(qiáng)度也越低。（畫(huà)圖）近場(chǎng)考慮離散效應(yīng)求出二次諧波的總功率得倍頻效率其中由G與t時(shí)間關(guān)系可看出雙折射與倍頻效率關(guān)系3-6高斯光束的倍頻一般情況倍頻效率h與B的關(guān)系3-7超短脈沖的光倍頻短波長(zhǎng)超短脈沖激光具有巨大的應(yīng)用潛力，獲得這種激光的方法是對(duì)輸出超短脈沖激光進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換，而超短脈沖倍頻技術(shù)是實(shí)現(xiàn)短波長(zhǎng)超短脈沖激光的主要技術(shù)，因此提高效率是很重要的一個(gè)研究領(lǐng)域。3-7超短脈沖的光倍頻對(duì)于超短脈沖，需要用瞬態(tài)耦合波方程。討論小訊號(hào)近似解，解出此時(shí)分情況

4、討論3-7超短脈沖的光倍頻1.此情況下，與穩(wěn)態(tài)情況結(jié)果一致2.這時(shí)或常數(shù)3-7超短脈沖的光倍頻第一種情況相當(dāng)于基波和諧波的群速近似相等，基波與諧波脈沖在傳播過(guò)程中相對(duì)靜止，類似于穩(wěn)態(tài)。不同的在于基波幅度雖時(shí)間變化，因此倍頻效率是時(shí)間的函數(shù)。第二種情況晶體各個(gè)部分所產(chǎn)生的諧波分量不能同時(shí)到達(dá)數(shù)出面，因此在某一區(qū)間內(nèi)，諧波買(mǎi)重復(fù)讀近似不變，而在此區(qū)間外諧波脈沖幅度近似為零?？偟拿}沖型類似矩陣3-7超短脈沖的光倍頻因此我們可以把作為倍頻穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)過(guò)程的分界線。某個(gè)過(guò)程是否做瞬態(tài)處理，不僅要看基波脈寬，還要看晶體特性，厚度L。因?yàn)闉榱双@得高轉(zhuǎn)換效率，必須要求基波群

5、速和諧波群速相等。對(duì)于Ⅱ型相位匹配，o光和e光的群速不同也會(huì)造成倍頻效率下降。3-8非線性光學(xué)材料材料要求1.有適當(dāng)大小的非線性系數(shù)2.在工作波長(zhǎng)或波段有較高的透明度3.在工作波長(zhǎng)或波段可以實(shí)現(xiàn)相位匹配4.有較高的光損傷閾值5.能制成具有足夠尺寸的光學(xué)均勻性好的晶體6.易于光學(xué)加工7.物化性能穩(wěn)定3-8非線性光學(xué)材料一、KDP磷酸二氫鉀類型的晶體KDP磷酸二氫鉀類型的晶體包含KDP,ADP,CDA,RDA,ADA及其相應(yīng)的氘化物。特點(diǎn)：光學(xué)均勻性好，易生長(zhǎng)成大塊優(yōu)質(zhì)晶體，光損傷閾值高，非線性系數(shù)較低。缺點(diǎn)：都是水溶性晶體，易潮解，硬度不高，不易拋光及鍍減反

6、膜3-8非線性光學(xué)材料二、鈮酸鋰和碘酸鋰鈮酸鋰和碘酸鋰鈮酸鋰是一種鐵電體，具有較高非線性系數(shù)某些晶體在一定的溫度范圍內(nèi)具有自發(fā)極化，而且其自發(fā)極化方向可以因外電場(chǎng)方向的反向而反向，晶體的這種性質(zhì)稱為鐵電性，具有鐵電性的晶體稱為鐵電體特點(diǎn)：可以生長(zhǎng)成高光學(xué)質(zhì)量的晶體，容易拋光，物理性能穩(wěn)定。缺點(diǎn)：不可逆光損傷閾值低廣泛用于倍頻及參量振蕩器。碘酸鋰具有較大的雙折射特性，可以做倍頻及光參量振蕩器的材料。3-8非線性光學(xué)材料三、KTP磷酸氧鈦鉀KTP有較高的非線性系數(shù)，越KDP15倍。硬度高，化學(xué)性能穩(wěn)定，容易拋光鍍膜。光損傷閾值較高。3-8非線性光學(xué)材料四、β-

7、偏硼酸鋇β-偏硼酸鋇非線性系數(shù)大約為KDP4倍，機(jī)械加工性能良好，表面可以鍍膜，化學(xué)性能穩(wěn)定，光損傷閾值高，很有前途的一種材料。中科院福建物構(gòu)所研制3-8非線性光學(xué)材料五、半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料碲是早期使用的紅外倍頻材料，由于生長(zhǎng)和加工存在問(wèn)題使得不能廣泛應(yīng)用，在所有已知非線性材料中，碲的非線性系數(shù)最高。但在強(qiáng)的基波和諧波作用下會(huì)產(chǎn)生自由電子而引起損耗，從而使轉(zhuǎn)換效率受到限制3-8非線性光學(xué)材料六、有機(jī)非線性晶體有機(jī)非線性材料尿素非線性系數(shù)約為KDP3倍。破壞閾值高3-8非線性光學(xué)材料KDP適合高功率倍頻，雖然非線性系數(shù)低，基波波長(zhǎng)500nm到紅外鈮酸鋰適合

8、在中，低功率下使用，波長(zhǎng)0.6-5μm半導(dǎo)體材料適合紅外波長(zhǎng)，功率