二倍频晶体温升分布对输出光场分布的影响

 利用分步快速傅里叶变换和四阶龙格-库塔法,对具有一定温升分布的倍频晶体的二次谐波转换过程进行了研究。综合考虑了谐波转换过程中的离散、衍射、二阶、三阶非线性等效应,着重讨论了倍频晶体吸收光能后,晶体内温升分布对晶体内o光和e光的折射率分布的影响,定量分析了温度分布引起的相位失配量、输出光场分布、二次谐波转换效率随倍频晶体温度分布变化的规律。结果表明:在高功率倍频系统中,倍频晶体温升分布引起基频光、倍频光的相位失配,相位失配导致输出光场光强分布的变化以及谐波转换效率的降低。     

激光热效应对PPLN晶体倍频效率的影响

从准相位失配关系出发,研究了PPLN晶体倍频效率与温度的关系,针对温度对折射率与极化周期的影响,分析了激光热效应对准相位匹配系统谐波转换过程的影响。采用有限元分析法计算了PPLN材料内部温度分布状况,并对热效应影响下晶体内部倍频效率变化情况进行了计算。计算结果表明:在不同基频光功率密度下,在倍频过程中晶体温度及通光方向截面折射率的分布不同,在倍频晶体出射面倍频效率的分布也不同;随基频光功率密度增大,晶体整体温度与折射率增大,出射端面倍频效率分布随基频光功率密度变化而变化;与理想条件倍频系统相比,激光热效应对晶体倍频效率有一定的影响。     

光抽运垂直扩展腔面发射激光器腔内倍频理论研究

建立了计入光波在非线性晶体中走离和相位失配情况下的光泵面发射激光器腔内倍频的速率方程理论模型,采用循环数值逼近的方法对该速率方程进行求解.以BBO,LBO,PPLN等非线性晶体为例,研究了晶体长度以及抽运功率等因素对倍频输出功率的影响,模拟结果与实验结果符合得较好. 关键词： 光抽运 垂直扩展腔面发射激光器 腔内倍频 数值模拟     

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。     

高功率Nd∶YVO4/KTP腔内倍频晶体温度分布的半解析热分析

非线性晶体KTP采用Ⅱ类相位匹配腔内倍频时,不仅要求晶体满足基频光的偏振匹配条件,而且所选用的晶体要求符合λ/2波片的条件,才能使晶体的谐波转换效率达到最佳.由于倍频晶体吸收基频光能量引起晶体内部非均匀温升,改变晶体内部各点的折射率,也会使晶体产生不应有的热形变,破坏晶体初始的位相匹配条件,严重影响输出激光的品质和倍频效率.减弱、改善这种情况的关键是准确得出在实际工作条件下晶体内部温度场.利用半解析热分析方法得出了KTP晶体内部温度场的计算方法,分析了各种热参量变化对KTP晶体内部温度场的影响.得出的结果具有一定的普适性,可以应用到具有轴对称形式内热源的其它热模型温度场的计算分析中,对连续波腔内倍频激光系统的设计将起到指导作用.     

连续波激光器腔内倍频晶体半解析分析方法的研究

连续波激光器系统腔内倍频非线性光学晶体吸收基频光辐射产生谐波的同时,也会在晶体内部产生非均匀温升,引起折射率变化,破坏位相匹配条件,影响激光器谐波转换效率.解决问题的关键是准确得出晶体内部温度场.由于激光器中激光模式和边界条件的复杂性,无法得到温度场的解析解.利用半解析热分析方法得出了晶体工作在TEM00模式下产生的温度场计算公式,分析了对温度场分布的各种影响.所得结果对连续波腔内倍频激光系统设计将起到指导作用.     

非线性晶体内腔倍频的温度模式分布

为了提高谐波转换效率和消除温升引起的晶体走离效应，对于非线性晶体温度场分布特点进行了分析与计算.同时研究了基波偏心辐射对KTP晶体温度场的影响.通过对腔内倍频KTP晶体工作特点的分析，建立了方形非线性晶体热模型并首次引入了方形晶体辐射偏心度的定义.基于热传导方程，得到了温度场分布的一般解析表达式.     

高功率Nd:YVO_4/KTP腔内倍频晶体温度分布的半解析热分析

非线性晶体KTP采用Ⅱ类相位匹配腔内倍频时,不仅要求晶体满足基频光的偏振匹配条件,而且所选用的晶体要求符合λ/2波片的条件,才能使晶体的谐波转换效率达到最佳。由于倍频晶体吸收基频光能量引起晶体内部非均匀温升,改变晶体内部各点的折射率,也会使晶体产生不应有的热形变,破坏晶体初始的位相匹配条件,严重影响输出激光的品质和倍频效率。减弱、改善这种情况的关键是准确得出在实际工作条件下晶体内部温度场。利用半解析热分析方法得出了KTP晶体内部温度场的计算方法,分析了各种热参量变化对KTP晶体内部温度场的影响。得出的结果具有一定的普适性,可以应用到具有轴对称形式内热源的其它热模型温度场的计算分析中,对连续波腔内倍频激光系统的设计将起到指导作用。     

BBO晶体倍频中的温度场与光场耦合模拟

首先建立了无限大晶体截面近似下的时-空4维光场和温度场耦合的倍频模型. 并在瓦级功率激光抽运下,利用解析公式和迭代方法数值模拟了BBO晶体内的倍频过程.得到了基频光和倍频光的振幅和转换效率曲线以及温度场分布,展示了温度场及光场的时间演化过程. 其次分析了抽运功率和晶体长度对转换效率和温度场的影响. 结果给出,温度分布对转换效率和光束质量都有较大影响;对热效应引起的相位失配进行补偿能够很好地改善转换效率的下降,因此必须在实际应用中加以考虑. 关键词： 倍频 温度场 BBO晶体     

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。     

KNbO_3高效倍频产生427～470nm蓝紫光

厚1.5 mm的KNbO_ 3晶体在室温下角度相位匹配倍频脉冲参量激光获得427～470nm蓝紫光,能量转换效率超过40％,输出单脉冲蓝紫光的峰功率达60kW.对相位匹配曲线、倍频效率与基波光强的关系和相应匹配角允差作了计算和讨论.     

Mode-coupling phenomena in intracavity second harmonic generation

The dependence of intracavity second harmonic generation efficiency on the linear phase detunings in crystal and air is studied both theoretically and experimentally. It is shown that in the presence of feedback at the second harmonic frequency an optimum conversion efficiency can be achieved by a mutually correlated choice of phase mismatch in a nonlinear crystal and the position of the latter inside the cavity.     

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。     

晶体角度跟随三倍频效率控制技术

基于推导的倍频晶体匹配角与温度关系的理论分析,揭示了温度对频率转换过程影响的热光物理机制。数值模拟了频率转换过程中二倍频与三倍频晶体的匹配角热敏感性。由于不同晶体材料热敏感性的差异性,实验获得了激光装置中所用晶体材料的匹配角随温度变化的关系曲线。理论分析了不同输入功率密度情况下匹配角失谐对三倍频过程的影响,并在线验证了温度变化导致匹配角失谐,进而引起三倍频转换效率的下降。根据实验获得的晶体匹配角的热敏感性参数,提出利用晶体角度跟随方法进行三倍频转换效率补偿,实现了三倍频能量的稳定输出。     

The thermal effect analysis in the high power frequency-doubled Nd:YAG Laser

In the high power frequency-doubled Nd:YAG Laser, the temperature inside a nonlinear crystal will become non-uniform due to the absorbtion of the fundamental and second harmonic waves, leading to phase mismatch, conversion efficiency reduction and output power instability. This phenomenon appears severe in the high-power high-repetition rate laser system. In this paper, temperature distribution inside a KTP crystal was analyzed by solving the thermal conductivity equation. According to the temperature distribution of the KTP, we have theoretically calculated the optimal phase matching angles, tolerance angles and walk-off angles of type II KTP crystal as a function of temperature. __________ Translated from Chinese Journal of Quantum Electronics, 2005,22 (4) (in Chinese)     

CLBO晶体用于三次谐波转换的特性研究

 讨论了CLBO晶体用于高效率三倍频的机理,从理论上分析了产生高次谐波转换的基本特性,对CLBO晶体在高功率激光装置中产生高效率谐波转换的基本参数进行了数值模拟计算,并与KDP晶体三次谐波转换的特性进行了比较,给出了CLBO 晶体产生高效率谐波转换的基本条件。     

单发次皮秒脉冲对比度的三阶自相关法测试技术

为了测试单发次皮秒脉冲对比度,设计并研制了非共轴三阶自相关仪。三阶自相关仪参数优化设计中,在确保获得正确的相关耦合信号的前提下,充分利用KDP晶体的极化张量,寻找有效非线性系数相对较高的相位匹配点,在满足非共线相位匹配条件的同时兼顾群速匹配,为增大时间测试范围,选取较大的入射光夹角。采用分区测试和图形重构技术,增大对比度测试的动态范围,结果显示采用两个科学级CCD测试的脉冲对比度在105左右。     

超短脉冲在单块晶体中的三次谐波理论模拟

讨论了群速度失配、自相位调制和交叉相位调制、晶体厚度、基波的频率啁啾等因素对超短脉冲单块晶体的三次谐波转换效率、三倍频光脉冲形状以及频谱的影响.结果表明：群速度延迟使三倍频光脉冲展宽；自相位调制和交叉相位调制会降低转换效率,并使三倍频光脉冲形状发生畸变；晶体厚度对三倍频光脉冲频谱展宽有着较大的影响；合适的基频光频率啁啾可以减小三倍频光脉冲的畸变,并有效地提高三倍频转换效率.     

Relation between efficiency of second harmonic generation and spectral properties of a one-dimensional photonic crystal

Numerical calculation of second harmonic generation in a photonic crystal consisting of alternating quarter-wave layers of ZnS and SeF₂ pumped by a femtosecond tunable laser is carried out. The results are compared with the spectral characteristics of the photonic crystal obtained with the use of a matrix method for calculating transmission coefficients. It is shown that the maximum efficiency of conversion to the second harmonic takes place at a minimum group velocity mismatch of the pump and second harmonic waves, corresponding to pump frequencies in the range below the band gap edge of the photonic crystal.