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.     

负折射率材料中二次谐波转换效率的理论分析

研究了二次谐波是负折射率而基频光是正折射率材料中,在考虑吸收系数、走离效应和相位失配的情况下,推导出平面波振幅缓变近似下,二次谐波的耦合波方程.根据该方程在基频光小信号近似下推导出二次谐波转换效率表达式.最后采用数值计算的方法分别研究了相位失配量Δk、走离角ρ和二次谐波的吸收系数α对转换效率的影响.结果表明,由于相位失配量的存在二次谐波的转换效率随负折射率材料长度的变化存在极大值,即负折射率材料长度存在最佳值,并且随着长度的增加,转换效率呈明显的周期性振荡并且极大 关键词： 负折射率材料 二次谐波 转换效率 相位匹配     

负折射率材料中强基频光条件下二次谐波转换效率的研究

研究了二次谐波(SHW)是负折射率而基频光是正折射率的材料中,影响二次谐波转换效率的因素。根据考虑了走离效应、相位失配和振幅缓变近似情况下的二次谐波的耦合波方程,推导出了二次谐波转换效率的严格解析表达式。采用数值计算的方法分别研究了相位失配量Δk、走离角ρ和基频光强对转换效率的影响。结果表明,当基频光强较小时,二次谐波的转换效率随着基频光强的增加而增大;随着走离角和相位失配量的增大而减小。基频光强较大时,随着负折射率材料的长度或基频光强的增加,二次谐波的转换效率呈现明显的周期性变化。负折射率材料长度对转换效率的影响与基频光强一样。     

超短脉冲倍频中三阶非线性效应的影响及补偿

 为了提高超短脉冲二倍频的转换效率和改善出射倍频光的脉冲形状,对超短脉冲倍频中三阶非线性效应的影响进行了理论分析和数值模拟,并采用初始相位失配的方法来补偿三阶非线性效应的影响。结果表明：用KDP晶体二倍频中心波长为800 nm的超短脉冲,当入射功率密度大于100 GW/cm²时,三阶非线性效应是倍频转换效率的主要影响因素。对脉宽为50 fs,入射功率密度为250 GW/cm²的超短脉冲在KDP晶体（2 mm）中的二次谐波变换,当初始相位失谐0.9 mrad时,转换效率提高了10%,同时由三阶非线性效应引起的强度调制得到明显抑制,出射基频光和倍频光的脉冲形状得到明显改善。     

非线性光学晶体CsLiB6O10谐波产生的允许参量分析

根据波耦合中的能量动量守恒和色散方程,数值模拟计算了CsLiB₆O₁₀晶体在II类相位匹配下的倍频和混频产生的允许参量理论曲线.通过与β-BaB₂O₄晶体的比较,得到了CsLiB₆O₁₀晶体的谐波具有走离角小、允许参量范围宽的结果.     

离轴涡旋光束弱走离条件下的倍频效应

利用耦合波截断方程推导了无走离及弱走离条件下离轴涡旋光束经过负单轴晶体后产生倍频光的归一化电场及光强表达式. 主要分析了离轴量、弱走离角及晶体长度对于输出倍频光的影响. 研究结果表明: 不考虑走离效应时, 倍频光两暗核重合于轴上点, 而具有弱走离效应时, 暗核位置沿走离方向有所偏移, 并且两重合暗核产生分离, 截面上发生分离的方向垂直于存在走离的方向, 其中产生的偏移量与离轴量、走离角及晶体长度有关, 而分离的距离只与走离角及晶体长度相关. 具体表现为: 当离轴量增大, 倍频光两暗核沿存在离轴方向所产生的偏移增大, 而暗核间的分离距离不受离轴量影响, 当走离角、晶体长度增大时, 两暗核沿存在走离方向所产生的偏移增大, 同时, 暗核间的分离距离也有所增大. 此外, 通过对比发现, 传输晶体长度的缩小, 可以减小暗核沿存在走离方向或是存在离轴方向所产生的偏移, 同时也可以减小由离轴量与走离角所产生的暗核分离距离, 一定程度上对输出的倍频光起到校正作用.     

掺锌LiNbO3晶体的生长及其光学性能

在LiNbO₃中掺进3mol%、5mol%、7mol%ZnO生长Zn:LiNbO₃晶体.测试Zn:LiNbO₃晶体的吸收光谱,研究Zn:LiNbO₃晶体吸收边紫移的机制.测试Zn:LiNbO₃晶体的红外光谱,研究Zn(7mol%):LiNbO₃晶体OH 吸收峰由3484cm^-1移到3530cm^-1的机制.测试Zn:LiNbO₃晶体倍频转换效率和相位匹配温度,研究Zn:LiNbO₃晶体倍频转换效率增强的机制.     

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。     

深紫外和频晶体CLBO产生193 nm激光的频率变换

 简述了深紫外和频晶体CLBO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CLBO晶体和频产生193 nm激光时的相位匹配角、非线性有效系数、和频时谐波走离角、允许角的具体数值。根据这些数值,并考虑产业化的要求,对目前几种和频方式进行了比较,最终选定波长为λ₁=2 100 nm的o光和波长为λ₂=213 nm的e光作为基频光进行和频的匹配方式。此方式相位匹配角为51.6°,具有大的非线性有效系数0.97,小的走离角3.7°,大的允许角1.9×10^-6 rad·mm,是非常理想的产生193 nm激光的匹配方式。     

单轴晶体Ⅰ类匹配相位畸变光束二次谐波理论分析

理论上研究了单轴晶体Ⅰ类匹配时相位畸变光束二次谐波的转换，其中考虑了衍射、离散效应，给出了相位畸变小信号解。在此基础上，以KDP晶体为例分析并给出了有像差高斯光束的转换效率随晶体长度的变化规律，对于任意光强分布和有任意相位畸变光束的谐波转换也是同样适用的。     

宽带三倍频混频过程的群速匹配关系

基于非线性耦合波理论分析了三倍频过程中群速度之间的关系，推导出三波混频条件下的群速匹配关系式.对超短脉冲在Ⅱ类KDP晶体中的混频过程进行了模拟分析，结果表明：当三波(基波ω，谐波2ω和3ω)的群速度满足该匹配关系式时，三倍频(3ω)的带宽和转换效率均可达最大值；而随着三波群速度对该关系式的偏离逐渐增大，带宽变窄、转换效率下降.导出的三波群速匹配关系式对寻找合适的色散晶体和选择有效的匹配措施、实现宽带三次谐波转换具有指导意义.     

超高斯光束二次谐波转换中的衍射和离散效应

采用KDP晶体Ⅰ类匹配的方案,以超高斯光束的二倍频为例,通过求解包含衍射、离 散的非线性耦合波方程,考虑衍射和离散两种因素对二次谐波转换效率的影响并对其作数值 模拟计算。结果表明,衍射的影响非常小。当入射超高斯光束口径较小时,离散效应的存在将 大大降低倍频转换效率。随着入射光束口径的增大,离散效应的影响相应地减小,甚至可以 忽略。     

半导体材料AAl2C4(A=Zn, Cd, Hg; C=S, Se)的电子结构和光学性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法, 对具有缺陷型黄铜矿结构的半导体材料A^ⅡAl₂C₄^Ⅵ(A=Zn, Cd, Hg; C =S, Se)的构型和电子结构进行研究, 并系统考察了各晶体的光学性质. 对于线性光学性质, 五种晶体在红外区和部分可见光区具有良好的透光性能, 其中HgAl₂S₄和HgAl₂Se₄晶体具有适中的双折射率. 在非线性光学性质方面, 该类晶体倍频效应较强, 理论预测得到的二阶静态倍频系数均较大(>20 pm/V). 体系的倍频效应主要来源于价带顶附近以S/Se 价p轨道为主要成分的能带向含有较多Al/Hg 价p成分的空带之间的跃迁. 通过与已商业化的AgGaC₂晶体光学性质的对比, 结果表明HgAl₂S₄和HgAl₂Se₄是一类性能优良的红外非线性光学晶体材料.     

高斯光束在偏硼酸钡单晶和孪晶中的倍频现象

理论探讨了高斯光束在非线性单轴晶体中的倍频效应。基于麦克斯韦方程组并考虑晶体的各向异性推导出负单轴I型晶体相位匹配下的倍频耦合波方程组。建立了具体的关于偏硼酸钡（BBO）单晶以及孪晶的物理模型并做数值求解。对求解所得到的单晶以及孪晶的谐波能流分布、晶体出射面探测点处谐波电场时域分布、总输出能量、输出光束频谱和输入光束角谱分别进行分析讨论,从束腰宽度、晶体结构以及材料性质对倍频的影响等方面做出具体合理的解释。研究结果对于单轴晶体的非线性光学性质的研究以及相应的光学晶体器件的研发等具有一定的参考价值。     

二次谐波转换对激光脉宽影响的实验研究

 实验研究了KDP晶体二次谐波转换非线性效应对脉宽测量精度的影响。结果表明：在小信号近似下,长度为1～3cm的KDPⅡ类晶体,对于近高斯脉冲,其基频脉宽与倍频脉宽存在21/2的关系;对于非近高斯脉冲,基频脉冲半宽与倍频脉冲波形的1/4高宽相等;在输入功率密度和能量转换效率较高时,基频与倍频脉宽无固定关系。     

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.     

晶体电光和非线性光学效应的离子基团理论(Ⅲ)——利用畸变氧八面体的离子基团模型计算LiNbO3,LiTaO3,KNbO3,BNN晶体的电光和倍频系数

本文用文献[1]中所提出的(MO₆)离子基团模型,计算LiNbO₃,LiTaO₃,KNbO₃,BNN等晶体的电光和倍频系数。假设在O_h对称时,这些晶体中的氧八面体具有相同的能级和对称波函数,则通过群表示理论就可得到在C_3ν,C_2ν对称性时氧八面体的能级和对称波函数,并进而用ABDP理论计算它们的电光和倍频系数。计算结果和实验符合得相当好。本文并从理论上解释了这些晶体的倍频系数大小、符号和氧八面体畸变间的关系,由此可以得到以下两个结论:(1)畸变氧八面体的离子基团模型不但适用于钙钛矿型材料,同时也适用于钨青铜型、LiNbO₃型材料。(2)在钨青铜型、LiNbO₃型的材料中,仍是“离子键”对电光和倍频效应作出主要贡献,同时由于LiTaO₃的共价键成份比LiNbO₃大,因而LiTaO₃的非线性光学效应比LiNbO₃小。     

具有中心对称结构的3m点群晶体中紫外三次谐波的产生

研究了中心对称晶体中的三阶非线性频率转换,并在这类晶体中实现了紫外激光的有效输出.确定了负单轴晶体的相位匹配角公式及相应的相位匹配角.选择带有离域共轭π键的冰洲石晶体和α-BBO晶体进行实验.以飞秒激光作为基频光,在Ⅱ类相位匹配方式下,利用α-BBO晶体获得了最高单脉冲能量为37.6μJ的266nm紫外三次谐波,最高转换效率为2.5%;利用冰洲石晶体获得了最高单脉冲能量为19.3μJ的266nm紫外三次谐波,最高转换效率为1.25%.该研究验证了利用中心对称晶体的三阶非线性效应直接获得紫外激光的可行性和获得深紫外激光的可能性,为紫外非线性晶体的探索和深紫外激光的研究提供参考.     

晶体电光和非线性光学效应的离子基团理论(Ⅱ)——利用(IO3)-1离子基团的分子轨道计算α-LiIO3晶体的倍频系数

本文对碘酸盐晶体的倍频效应提出了一个(IO₃)^-1离子基团模型,并用(IO₃)^-1离子基团的分子轨道计算了α-LiIO₃的倍频系数,计算值和实验值符合得很好。由此得出以下结论:碘酸盐晶体的倍频效应主要由(IO₃)^-1离子基团和它的共价键轨道所决定。而在(IO₃)^-1离子基团中,对倍频效应作出主要贡献的是碘的孤对电子轨道和氧的|2σ>,|2P_y>轨道。     

GaSe：AgGaSe_2晶体的光学性能及应用（英文）

从GaSe∶AgGaSe₂熔体(质量掺杂浓度为10%)中生长的非线性光学晶体ε-GaSe∶Ag晶体(质量掺杂浓度≤0.04%)是一种非中心对称晶体,可用于相位匹配频率转换。Ag的掺入使GaSe晶体的显微硬度提高了30%,从而使其可以在任意方向上进行切割和抛光。本文研究了GaSe∶AgGaSe₂晶体在可见、中红外及太赫兹波段的光学性能。实验证明:GaSe∶AgGaSe₂晶体的吸收系数是纯GaSe晶体的2倍,其CO₂激光倍频效率是ZnGeP₂晶体的1.7倍。