飞秒激光在BBO晶体中倍频效率的数值计算

采用分步傅里叶法对飞秒激光在BBO晶体中倍频过程的效率进行了数值计算,分析表明这种方法既避免了其他数学方法的繁琐,又直观地展现了倍频过程的物理本质.针对有关实验条件,计算了脉宽为100fs的激光脉冲通过2mm长、Ⅰ类相位匹配的BBO晶体的倍频效率,计算结果与实验上对同样晶体倍频效率的测量是一致的. 关键词： 飞秒激光 倍频     

高效新型自倍频Yb∶GdYAB激光器的理论和实验研究

通过研究自倍频现象的物理过程,理论推导了自倍频激光器输出功率的表达式,分析了影响自倍频激光器高效运转的具体参量.研究发现,除了晶体自身的性质外,在具体实验中晶体放置的位置、角度以及晶体的温度等,都不同程度地影响着自倍频激光器的输出功率.在此基础上,实现了LD端面泵浦的新型Yb∶GdYAB自倍频激光器运转,当晶体吸收功率为2.56 W时,获得了总功率为441 mW的自倍频绿光输出,从二极管到绿光的光-光转换效率达到了17.2%,并具有较好的功率稳定性和模式.     

晶体和基团倍频系数间的普遍变换公式

本文使用倍频系数的不可约张量表示法,得到了离子基团的微观倍频系数与晶体宏观倍频系数间的一般变换公式,从而为晶体中不同取向的基因对宏观倍频系数的贡献提供了普遍的计算公式。应用这一计算方法可方便地计算各种碘酸盐的倍频系数,结果相当满意。本文对于探索新型倍频材料,提供了明确的空间结构条件。 关键词：     

高效新型自倍频Yb：GdYAB激光器的理论和实验研究

通过研究自倍频现象的物理过程,理论推导了自倍频激光器输出功率的表达式,分析了影响自倍频激光器高效运转的具体参量．研究发现,除了晶体自身的性质外,在具体实验中晶体放置的位置、角度以及晶体的温度等,都不同程度地影响着自倍频激光器的输出功率．在此基础上,实现了LD端面泵浦的新型Yb：GdYAB自倍频激光器运转,当晶体吸收功率为2．56W时,获得了总功率为441mw的自倍频绿光输出,从二极管到绿光的光一光转换效率达到了17．2％,并具有较好的功率稳定性和模式．     

单轴晶体锥面状非共线倍频辐射的研究

研究锥面状倍频辐射的关键是相位匹配条件。本文利用折射率曲面相交的几何约束条件来代替非共线倍频的相位匹配条件,从而成功地给出了单轴晶体锥面状倍频辐射的起因、特征、变化规律、计算公式以及它们在测定晶体光轴、实时监测晶体主平面、实现共线倍频最佳化等方面的应用。     

Nd:GdCOB晶体1331.0 nm基频光运转和自倍频红光的观察

Nd:Ca4GdO(BO3)3(简称Nd:GdCOB)是一种新型自倍频晶体[1]. 利用该晶体实现1060.0 nm的自倍频绿光输出, 因内外均已有报道[2]. 我们利用Datachrom-5000型染料激光器泵浦该晶体成功地实现了1331.0 nm基频光和665.5 nm自倍频红光的输出.     

激光自倍频晶体研究和应用进展

激光自倍频晶体是一类同时具有激光和非线性效应的复合功能晶体。以激光自倍频晶体制作的全固态激光器具有体积小,调整方便,稳定性高等优点。自1970年代以来,以LiNbO3,YAl3(BO3)4倍频晶体为基质的激光自倍频晶体实现了自倍频激光运转。近年来,以RECa4O(BO3)3(RECOB)为基质的激光自倍频晶体受到重视和广泛研究。本文从对激光晶体、非线性光学晶体及激光自倍频晶体的基本要求出发,在综述激光自倍频晶体研究历史的基础上,讨论了激光自倍频晶体中的基波和倍频光,探讨了NYAB和Nd:GdCOB一类晶体中晶体长度,Nd3+浓度和效率之间的关系。理论估算表明,当浓度适当,晶体长度10mm时,这两类晶体的光–光转换效率可达30%以上。本文总结了NYAB系列晶体的研究历程及RECOB系列激光自倍频研究的思路及取得的成果。在最近10年中,利用山东大学生长的Yb:YAB晶体,获得1.1 W自倍频绿光,光光转换效率为10%;在RECOB体系中,比较了各种晶体的特点,选定Nd:GdCOB为主要研究对象,经过晶体掺钕浓度和长度关系,位相匹配方向、膜系及热工程等多方面研究,获得了1.36 W的545 nm绿光输出,光–光转换效率为17.1%;输出功率为1.03 W时,半小时功率波动不超过1%。这是目前为止,Nd3+离子激光自倍频晶体的最好结果。文章最后介绍了激光自倍频晶体的可能应用。通过理论和实验分析,认为到目前为止Nd:GdCOB是以Nd3+为激活离子最后的激光自倍频晶体,而在Yb3+为激活离子时,Yb:YAB晶体最佳。     

KDP晶体全口径最佳入射角优化方法

根据正交偏振干涉测量法(OPI)获得的KDP晶体折射率的空间分布数据求解KDP晶体内部失谐角分布,进而建立了倍频及和频KDP晶体全口径最佳入射角的优化模型和方法。分析讨论了不同折射率畸变程度和不同功率密度入射情况下倍频及和频晶体入射角的变化规律。在此基础上,对KDP晶体的全口径最佳入射角进行了优化。结果表明:当KDP晶体折射率畸变程度较大时,倍频晶体对折射率变化较为敏感,而和频晶体对折射率变化则相对不敏感。在实际工作中,首先在假设倍频晶体折射率分布均匀的前提下,对和频晶体的最佳入射角进行优化,而后通过适当调整倍频晶体及和频晶体的入射角,最终确定倍频晶体及和频晶体的全口径最佳入射角。     

强会聚入射时，BBO晶体倍频效率和束腰半径的关系

研究了强会聚绿光高斯光束入射到BBO晶体中的紫外倍频过程,建立了相应的倍频理论模型. 模型综合考虑了高斯光束的发散,BBO晶体的倍频接受角以及紫外光的走离效应等因素的影响. 理论计算了倍频效率和倍频光的远场分布,并通过实验验证了理论分析结果. 关键词： BBO晶体紫外倍频 高斯光束 倍频接受角 远场光斑     

不同波长三倍频DKDP晶体的激光损伤

采用传统降温法,利用高纯原料从氘化程度为80%的溶液生长了四方相磷酸二氘钾(DKDP)晶体,并按Ⅱ类三倍频方式切割晶体。三倍频用DKDP晶体的最大问题在于其抗光伤阈值低于KDP晶体,严重限制了激光输出的能量密度和晶体使用寿命。考察了不同波长下三倍频DKDP晶体的损伤阈值,以及激光退火效应。实验表明,激光退火对于DKDP晶体的损伤阈值有显著的提升作用,基频、倍频、三倍频的提升效果分别达到1.4,1.9,2.7倍,是改善DKDP晶体抗光伤能力的有效途径。     

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。     

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。     

用被动调Q激光器腔外倍频检验KTP的切割质量

以KTPⅡ类角度匹配倍频1064nm激光的相位允许角为例,从理论上分析了它的倍频效率与相位允许角的关系,在实验上通过被动调Q激光器腔外倍频对其进行了检验,结果表明,这种方法可以精确地分析倍频晶体的切割角度偏差,并可推广到LBO、BBO等其它非线性晶体上.     

非线性光学晶体铌酸钾锂的二次谐波产生

研究铌酸钾锂晶体的近经这过光谱：利用铌酸钾锂晶体对８９０￣９６０ｎｍ的Ｔｉ：ｓａｐｐｈｉｒｅ近红外激光进行倍频,获得蓝得蓝绿光输出;研究了晶体的倍频特性,探讨了提高晶体倍频效率的方法。     

新型自倍频晶体的进展

近年来,关于自倍频晶体的研究工作取得了重大进展.自倍频晶体是将激光晶体和倍频晶体合二为一的一类晶体.迄今最主要的自倍频晶体有两种:掺钕和氧化锰的铌酸锂(Nd:MgO:LiNbO3,用NMLN来表示)和硼酸钕钇铝 ,用 NYAB来表示).自倍频晶体可用于直接产生蓝绿激光,其作用原理如下: 用波长为800nm左右的红激光泵浦自倍频晶体,发生激光作用产生波长略大于1μm的近红外激光,同时红外激光在晶体中倍频而产生绿激光. 目前,可以得到的NMLN晶体的尺寸(10 × 10 × 25mm)比 NYAB晶体的尺寸(4 × 4 ×10mm)大,但是 NMLN用于产生绿激光时有两个缺…     

KDP晶体折射率不均匀性对三倍频转换效率的影响

 采用正交偏振干涉测量法获得了典型的快速(RG)和传统(CG)生长的KDP晶体折射率空间分布，数值模拟了倍频晶体固定失谐角分别为0和220 mrad时晶体折射率不均匀性对高功率三倍频光转换效率的影响。结果表明：快速生长晶体的折射率不均匀性的均方根约为传统生长晶体的6倍；三倍频转换效率在低功率密度下对折射率不均匀性不敏感，在高功率密度下尤其是转换效率较高时很敏感；当混频过程中的二倍频光不过剩时，在晶体折射率变化对三倍频效率的影响方面，倍频晶体比混频晶体严重；目前国产的传统生长晶体可以满足高功率三倍频实验要求。     

基于非线性频率变换的激光技术实验

利用KTP晶体和BBO晶体对激光二极管(LD)泵浦Nd:YVO4晶体声光调Q产生的1 064 nm红外光进行二倍频与四倍频, 实现了高效的紫外激光输出. 采用腔外倍频技术可使学生看到倍频前后的激光变换过程.     

YCOB和Nd:YCOB晶体的倍频系数和最佳相匹配方向的确定

首次报道使用理论计算和Maker条纹方法确定了YCOB晶体的 6个倍频系数 ,并给出了晶体有效倍频系数 (deff)和相匹配角 ( θ,)之间的相互关系 .计算出的曲线显示 ,YCOB晶体的最佳有效倍频系数的位置不是在 x-z的主平面或接近于x-z主平面的位置上 ,而是在 (θ =6 5 9° ,=36 5°)和 (θ =6 6 3° ,=143 9°)两个位置上 .YCOB晶体的倍频转换效率测量及Nd∶YCOB晶体的自倍频转换效率测量均证实上述结果是正确的 .文章的结果对于推动YCOB晶体倍频器件和Nd∶YCOB晶体的自倍频器件的发展将起到重要的作用 .     

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。     

应用级联倍频方法提高倍频系统输出稳定性研究

提出应用级联倍频方法提高倍频系统输出稳定性,并就该方法的有效性进行了理论分析和模拟计算.分析和计算结果不但证明级联倍频方法能实现倍频系统稳定输出,而且还表明可以通过仔细调节第一块倍频晶体中波矢方向 k 与光轴间夹角、两块倍频晶体间的间隔,能调节改变实现倍频系统最稳输出时所需第二块晶体的理论计算长度,使之与第二块倍频晶体的实际加工长度一致,最终实现系统稳定倍频输出.级联倍频方法在实现高输出稳定性的同时能实现高的倍频转换效率,对应用于光参量啁啾脉冲放大系统的高稳定抽运源系统的设计建造具有重要参考意义. 关键词： 级联倍频 稳定倍频输出 光参量啁啾脉冲放大