KBe_2 BO_3 F_2晶体的非共线倍频特性数值分析

根据KBBF(KBe_2O_3F_2)晶体的色散方程、非共线相位匹配时各个光束应该满足的能量和动量守恒条件,用牛顿-拉夫逊迭代法求解非线性方程组,以YAG激光器1064 nm波长入射为例,数值计算了KBBF晶体的Ⅰ类非共线倍频相位匹配角、有效非线性系数和允许角。结果以关系曲线形式给出。第一束基频波角度在20°～85°的范围内,都可以实现非共线相位匹配,相应的第二基频波和倍频波的匹配角度在29.1°～52.7°,24.6°～68.8°范围内;随着第一束基频波角度的增大,第二基频波和倍频波的相位匹配角以及倍频光相位匹配允许角也相应增大,而有效非线性系数随之减小;当第一束基频波的角度在26.1°～26.8°的范围内时它们的取值都出现了振荡现象。     

非共线准相位匹配周期极化RbTiOAsO4的增益带宽

研究了非共线准相位匹配过程中,周期极化RbTiOAsO_4晶体同时满足准相位匹配和群速匹配条件的非共线角和相应的极化周期随信号光波长的变化。分析了满足群速匹配条件时,非共线准相位匹配的调谐特性。数值模拟了增益带宽随非共线角、晶体温度和极化周期的变化关系。对比了群速匹配和最大增益带宽情况下,周期极化RbTiOAsO_4晶体增益带宽与晶体温度之间的关系。     

相位失配法实现倍频稳定输出的模拟分析

 对BBO晶体Ⅰ类相位匹配倍频过程和KTP晶体XY平面内的Ⅱ类相位匹配倍频过程进行数值模拟，结果表明：Ⅰ类和Ⅱ类相位匹配倍频过程，都可通过引入适量的相位失配量实现稳定倍频输出；随着相位失配量的增大，实现稳定倍频输出所需的晶体长度都变小，倍频稳定输出起伏变小，倍频转换效率有不同程度的下降；相对于XY平面内的Ⅱ类相位匹配倍频过程，BBO晶体的Ⅰ类相位匹配倍频过程对相位匹配偏离角更敏感，且稳定输出时倍频转换效率更低。     

三波非共线作用参变过程的相位匹配研究

对各向异性单轴和双轴非线性晶体中三波非共线作用参变过程的相位匹配进行了详细的研究，给出了参变光在非线性晶体主平面内传播的所有非共线参变过程可能的相位匹配类型和相位匹配条件，并推出了所有可能的非共红参变过程的临界相位匹配解的解析表达式。     

利用各向同性半导体晶体差频产生可调谐THz辐射的理论研究

理论研究了利用剩余射线带色散补偿相位匹配原理，在Ⅲ-Ⅴ族和Ⅱ-Ⅳ族光学各向同性的半导体非线性晶体中差频产生可调谐THz波的可行性问题.根据这些半导体材料的色散特性，并以近简并点双共振KTP-OPO的可调谐相干双波长输出作为差频抽运源，对它们的相位匹配能力、差频增益特性、品质因数以及差频过程中的相干长度进行了理论分析和计算，确定了ZnTe晶体是在共线相位匹配情况下较为理想的THz波差频晶体，而InP晶体则更适合用于非共线相位匹配情况. 关键词： 非线性光学 THz辐射 差频 各向同性半导体晶体     

利用宽带倍频特性精确测量准相位匹配晶体的极化周期

 提出了利用准相位匹配晶体进行宽带脉冲倍频，再根据准相位匹配晶体的极化周期与倍频脉冲输出中心波长的相位匹配关系来精确测量准相位匹配晶体极化周期的新方法。理论分析了准相位匹配晶体的极化周期与倍频脉冲的光谱关系、倍频容许带宽与晶体长度的关系。研究表明：宽带脉冲倍频后输出的脉冲峰值波长对应于角度的调谐曲线具有对称性；对于长度为10 mm的极化晶体，其倍频容许带宽不到0.2 nm。实验中，采用了国产PPKTP晶体试验片，晶体尺寸为10 mm×7 mm×1 mm，理想极化周期9 300 nm。结果表明：对于中心波长为537.25 nm的倍频光，其对应的实际晶体极化周期为9 303.9 nm，大于晶体加工时的理想值；当倍频脉冲光谱测量精度为0.01 nm时，准相位匹配晶体的极化周期测量精度达到0.1 nm，远高于一般光学显微镜的观测精度。     

基于角色散的非共线匹配宽带三倍频技术

宽带光打靶可以有效降低激光等离子体相互作用过程中非线性效应。提出一种基于角色散的非共线匹配宽带三倍频方案,利用宽带基频与窄带二倍频的非共线和频产生宽带三倍频,和频过程中通过特殊设计的渐变光栅实现不同频率的基频光束以特定角度入射,补偿了波长差异引入的位相失配使得全波段满足位相匹配条件。理论模拟表明,采用KDP晶体Ⅱ类位相匹配,将中心波长为1058 nm、带宽10 nm的宽带基频光与526.5 nm的二倍频光进行非共线匹配和频,可以实现高效宽带三倍频转换。     

准相位匹配PPLN倍频理论研究与优化设计

对准相位匹配周期性极化铌酸锂(PPLN)倍频进行了理论研究，并对聚焦高斯光束条件下的倍频耦合波方程进行了求解，给出了准相位匹配倍频转换效率公式，分析了晶体长度与聚焦程度的关系，在此基础上对倍频谐振腔进行了优化设计，以期获得最大的倍频转换效率.本结果对准相位匹配倍频器件的设计具有一定的指导意义. 关键词： 倍频 准相位匹配 周期性极化铌酸锂     

全固态飞秒激光高光束质量三倍频研究(特邀)

对全固态飞秒激光三倍频产生高光束质量343 nm飞秒激光进行了系统研究。基频光源为脉冲宽度为105 fs、重复频率为76 MHz、中心波长为1 030 nm的商用Yb:KGW锁模激光器,利用1.7 mm长LBO晶体获得60%的二倍频转换效率,然后分别研究了基于BBO晶体Ⅱ类相位匹配和Ⅰ类相位匹配的三倍频产生。在基频光功率为5 W的条件下,利用Ⅱ类相位匹配的BBO晶体,获得的最大平均功率为0.71 W,三倍频转换效率约为14%;利用Ⅰ类相位匹配的BBO晶体,获得平均功率为1.01 W的紫外激光输出,三倍频转换效率为20.2%。获得的343 nm紫外激光的光束质量优于1.3。     

双轴晶体主平面上倍频的相位匹配参量

根据折射率椭球方程及双光轴晶体中光波的传播与偏振特性，分析双轴晶体在主平面内激光倍频相位匹配的特性与方法，导出光波在主平面上传播时倍频的相位失配关系；给出双轴晶体中容许相位匹配倍频的相位匹配角及混频的有效非线性系数deff的表达式。利用可相位匹配的类型、相位匹配角公式和有效非线性系数deff表达式的表，容易对任意一具体晶体在一给定波长求出实际能实现相位匹配的类型或偏振组合，算出相位匹配角，比较不同的相位匹配类型或偏振组合的有效非线性系数，选择最佳的相位匹配类型与方向。从相位失配关系可以计算晶体主平面内倍频的接收角、接收光谱宽度等特性参量。     

倍频及参量过程中的相位匹配角折返现象

许多非线性光学晶体在倍频及参量过程中的相位匹配角折返现象目前已由中国科学院物理研究所通过计算得到证实,并由基于经典光学的理论成功地解释了该现象的普遍性,得出倍频及参量过程中的相位匹配角折返现象广泛存在于一类和二类匹配的单轴及双轴晶体中的重要结论. 非线性光学晶体的相位匹配角折返现象是一种十分有趣且具有应用前景的新现象.倍频过程中的相位匹配角折返现象是指当晶体处于某一角度时,存在两个(或两个以上)不同频率的相干光同时倍频相位匹配.参量过程中的相位匹配角折返现象是指当泵浦光频率及晶体角度处在某一范围时,存在两…     

基于单晶体的可调谐参量超荧光的产生

研究了一种基于单晶体的可调谐超荧光产生机理，在一个偏硼酸钡(BBO)晶体中实现了飞秒脉冲倍频过程和光参量产生过程.实验中采用kHz高功率钛宝石激光系统输出的飞秒脉冲光倍频后的蓝光作为抽运光，获得了可调谐范围为480—530 nm参量超荧光光谱输出.理论上分析了这种超荧光产生机理，并利用放大传递函数模拟出参量超荧光环的产生过程.结果表明，在一个BBO晶体中，当抽运光源输出光入射晶体角度同时满足倍频相位匹配角和非共线光参量产生相位匹配角时可产生参量超荧光环，通过微调相位匹配角可控制参量超荧光光谱调谐输出.该理论和实验研究为控制参量超荧光和量子纠缠态的产生提供了理论依据，对于量子成像和量子通讯等领域的发展具有重要意义.     

共线和非共线模式下单光子探测器定标比对实验研究

采用相关光子法定标单光子探测器的量子效率对提高光学载荷的辐射定标准确度具有重要意义.利用355nm连续激光泵浦BBO晶体产生Ⅰ类自发参量下转换,在共线和非共线两种相位匹配模式下分别测量了单光子探测器雪崩光电二极管在736nm波段的量子效率.结果表明,共线和非共线两种模式测量结果的合成不确定度分别为0.71%和0.39%,相对偏差均优于0.4%,这两种模式都可以定标探测器量子效率,且具有很好的一致性.最后比较了两种模式定标探测器量子效率的优缺点,该研究为以后利用相关光子法对遥感器进行辐射定标提供了晶体相位匹配模式选择的依据.     

BBOⅠ类相位匹配非共线参量产生中的群速自匹配

利用重复频率为1kHz的钛宝石激光的倍频蓝光抽运Ⅰ类相位匹配的偏硼酸钡(BBO)晶体，获得了可见光区的非共线参量超荧光.给出了最强光强处参量超荧光的非共线角，波长随相位匹配角的变化.理论计算了在参量超荧光中三波的群速失配随非共线角和相位匹配角的变化规律.结果表明，Ⅰ类非共线相位匹配的参量超荧光关于抽运光中心对称.并且沿光强最强的参量超荧光方向三波的群速失配最小，有效互作用长度最大，即参量超荧光的强度角分布是三波的相速和群速自匹配的结果.该理论和实验研究为减小飞秒光参量放大中三波的群速失配提供了一个理想的几何模型，为获得高增益、窄脉冲宽度的参量光输出提供了理论依据和实验验证. 关键词： 群速自匹配 参量超荧光 非共线相位匹配 飞秒光参量放大     

新型光学晶体KABO的非线性频率变换特性

简述了新型非线性晶体KABO的光学特性.根据相位匹配角公式、非线性有效系数公式、走离角公式和允许角公式,详细计算了KABO晶体倍频时的相位匹配角、非线性有效系数、倍频时谐波走离角、允许角随波长变化的理论曲线.特别是对LD泵浦掺钕的全固态激光器532 nm输出时,得到了KABO晶体采用I类相位匹配进行四倍频的相位匹配角、非线性有效系数、倍频时谐波走离角、允许角分别为:58.1°、0.254×10^-12m/V、2.8°、1.8233 mrad·mm;并将该晶体与目前可应用于紫外倍频的晶体比较,在考虑走离效应的情况下,研究了四倍频转换效率随KABO晶体长度、基频光光斑半径的变化规律.     

基于BiB3O6晶体的飞秒光参量变换特性

对基于新型非线性晶体BiB₃O₆(BIBO)的飞秒光参量变换过程的参量特性进行了研究. 计算了BIBO晶体三个光学主平面内的相位匹配条件和有效非线性系数,确定了克尔透镜锁模钛宝石激光器的基频光与倍频光抽运时最佳的光学主平面和相位匹配方式,并分析了三波的时间走离和空间走离,以及信号光的参量增益和带宽. 为利用基于BIBO晶体的飞秒光参量技术获得高能量、宽调谐、窄脉宽的光源提供理论依据和实验指导. 关键词： 3O₆')" href="#">BiB₃O₆ 光参量变换 共线相位匹配 光学主平面     

飞秒掺钛蓝宝石激光三倍频理论和实验研究

从理论和实验上分别研究了飞秒掺钛蓝宝石激光二倍频和三倍频的非线性频率转换过程.采 用Ⅰ类相位匹配非共线和频方法得到飞秒掺钛蓝宝石激光的三倍频2601nm输出，转换效 率达64%, 脉冲宽度为169fs.这为时间分辨电子显微镜提供了一种超短脉冲的紫外光源. 关键词： 飞秒激光 三倍频 时间分辨 BBO晶体     

产生蓝色相干辐射和实现Nd:YAG 1.0642μm倍频90°非临界相位匹配的Nb:KTiPO4

本文报道了用熔盐顶部籽晶法生长Nb浓度(0～13)mol%的Nb:KTP晶体的倍频的Ⅱ型相位匹配的截止波长和Nd:YAG 1.0642μm及Nd:YA1O3 1.0795μm激光在这些晶体中倍频的最佳相位匹配角的测量结果.从中可看出,由于Nb5+的引入使KTP晶体倍频的Ⅱ相位匹配的截止波长有效蓝移,目前已使截止波长蓝移至937nm且有效产生468.5nm的倍频蓝光.同时Nb5+的引入使Nd:YAG 1.0642μm激光和Nd:YA1O3倍频的最佳相位匹配方向产生很大的变化,目前已使Nb:KTP晶体倍频的最佳相位匹配方向为θ＝88.32°、Φ＝0°,非常接近于90°非临界相位匹配方向.     

非线性晶体中的非共线谐波

根据在非线性晶体中非共线谐波有效产生的相位匹配条件,导出了基波共线和非共线时可能产生的谐波环的解析表达式,给出了谐波环的大小与基波在晶体中传播方向的关系.对KDP和LiNbO_3晶体中的谐波环的变化进行了观测,实验结果与理论计算相符.     

产生蓝色相干辐射和实现Nd∶YAG 1.0642μm倍频90°非临界相位匹配的Nb∶KTiPO_4(英文)

本文报道了用熔盐顶部籽晶法生长Ｎｂ浓度（０～１３）ｍｏｌ％的Ｎｂ∶ＫＴＰ晶体的倍频的Ⅱ型相位匹配的截止波长和Ｎｄ∶ＹＡＧ１．０６４２μｍ及Ｎｄ∶ＹＡ１Ｏ３１．０７９５μｍ激光在这些晶体中倍频的最佳相位匹配角的测量结果．从中可看出,由于Ｎｂ５＋的引入使ＫＴＰ晶体倍频的Ⅱ相位匹配的截止波长有效蓝移,目前已使截止波长蓝移至９３７ｎｍ且有效产生４６８．５ｎｍ的倍频蓝光．同时Ｎｂ５＋的引入使Ｎｄ∶ＹＡＧ１．０６４２μｍ激光和Ｎｄ∶ＹＡ１Ｏ３倍频的最佳相位匹配方向产生很大的变化,目前已使Ｎｂ∶ＫＴＰ晶体倍频的最佳相位匹配方向为θ＝８８．３２°、Φ＝０°,非常接近于９０°非临界相位匹配方向