《nm光學(xué)倍頻系統(tǒng)》ppt課件

1、532nm532nm光學(xué)倍頻光學(xué)倍頻 侯亦飛 2120210712張波2120210732.一，倍頻及倍頻技術(shù)的開展一，倍頻及倍頻技術(shù)的開展 1 1 激光器的開展激光器的開展 2 2 倍頻晶體的開展倍頻晶體的開展二，目前的研討方向及現(xiàn)狀二，目前的研討方向及現(xiàn)狀 1 1 高功率，高光束質(zhì)量方向及現(xiàn)高功率，高光束質(zhì)量方向及現(xiàn)狀狀 2 2中小功率下的高轉(zhuǎn)換效率方向中小功率下的高轉(zhuǎn)換效率方向現(xiàn)狀現(xiàn)狀三，倍頻系統(tǒng)的設(shè)計三，倍頻系統(tǒng)的設(shè)計.1064nm:1064nm:固體激光器的主要輸出波長固體激光器的主要輸出波長532nm532nm：運用于拉曼光譜分析，激光顯示，激光醫(yī)療：運用于拉曼光譜分析，激光顯示，

2、激光醫(yī)療矛矛盾盾一，倍頻及倍頻技術(shù)的開展一，倍頻及倍頻技術(shù)的開展.光學(xué)倍頻也稱二次諧波產(chǎn)生，是指頻率為1的單色光波入射到非線性介質(zhì)后產(chǎn)生頻率為21的光波的景象倍頻技術(shù)擴展了激光的波段，可獲得更短波長的激光，但實踐運用中對效率及穩(wěn)定性都有要求。.倍頻技術(shù)的開展倍頻技術(shù)的開展1,1,激光器的開展激光器的開展目前：目前： LD LD泵浦的泵浦的Nd:YVO4Nd:YVO4與與Nd:YAGNd:YAG固體激光器固體激光器.不具有對稱中心。不具有對稱中心。有較大的非線性極化系數(shù)有較大的非線性極化系數(shù)能以一定的方式實現(xiàn)相位匹配能以一定的方式實現(xiàn)相位匹配所選用的非線性晶體應(yīng)對基頻光和倍頻光透明所選用的非線性

3、晶體應(yīng)對基頻光和倍頻光透明晶體的抗損傷閾值要盡能夠高晶體的抗損傷閾值要盡能夠高早期：早期：磷酸二氫鉀磷酸二氫鉀KDP)非線性極化系數(shù)過小，轉(zhuǎn)換效率非線性極化系數(shù)過小，轉(zhuǎn)換效率低低LiIO3(LN)非線性系數(shù)雖較大，但損傷閾值低Ba2NaNb5O15(BNN)難以制備高光學(xué)均勻性的光學(xué)單晶2 2，倍頻晶體的開展，倍頻晶體的開展根本要求：根本要求：. 晶體類型晶體類型出現(xiàn)時間出現(xiàn)時間研制者研制者BBO晶體BaB2O4 七十年代末中科院物質(zhì)構(gòu)造研討所KTPKTiPO4)八十年代初美國LBOLiB3O5) 1987中科院物構(gòu)所 MgO:LiIO3八十年代中期美國八十年代至目前八十年代至目前.KTP K

4、TP 晶體：非線性系數(shù)大、價錢低廉晶體：非線性系數(shù)大、價錢低廉 ，但有，但有灰跡光致吸收景象灰跡光致吸收景象, , 運用運用KTP KTP 的綠光激的綠光激光器通常在光器通常在500 mW500 mW以下。以下。LBOLBO晶體：抗損傷閾值高晶體：抗損傷閾值高, , 生長周期長生長周期長, , 價錢價錢昂貴昂貴, , 而且而且LBO LBO 晶體非線性系數(shù)小晶體非線性系數(shù)小, , 即使在即使在中小功率中中小功率中, , 普通仍需求普通仍需求10 mm10 mm的長度以上的長度以上, , 呵斥激光器體積大呵斥激光器體積大.年份年份功率功率M2頻率頻率制造者制造者2004101W10kHz韓國Ye

5、ungnam大學(xué)2021年420W3410kHz美國coherent公司2021 年230W10kHz華北光電技術(shù)研討所苑利剛2021103W1.4460kHz清華大學(xué)受限緣由：聲光受限緣由：聲光Q Q開關(guān)關(guān)門才干缺乏開關(guān)關(guān)門才干缺乏二，目前的研討方向及現(xiàn)狀二，目前的研討方向及現(xiàn)狀 1 1 高功率，高光束質(zhì)量方向及現(xiàn)狀高功率，高光束質(zhì)量方向及現(xiàn)狀.420W420W綠光輸出系統(tǒng)構(gòu)成綠光輸出系統(tǒng)構(gòu)成230W230W綠光輸出系統(tǒng)綠光輸出系統(tǒng). PPKTP,PPLN, PPMgLN PPKTP,PPLN, PPMgLN ，PPSLTPPSLT非線性周期性構(gòu)造提供的倒格矢周期性的改動非線性系非線性周期性

6、構(gòu)造提供的倒格矢周期性的改動非線性系數(shù)的符號，使基波調(diào)和波在奇數(shù)的相關(guān)長度內(nèi)相對相位數(shù)的符號，使基波調(diào)和波在奇數(shù)的相關(guān)長度內(nèi)相對相位反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn), , 這種匹配的相位關(guān)系能使二次諧波強度在一些本這種匹配的相位關(guān)系能使二次諧波強度在一些本該衰減的區(qū)段得以繼續(xù)添加，使諧波堅持高效非線性頻該衰減的區(qū)段得以繼續(xù)添加，使諧波堅持高效非線性頻率轉(zhuǎn)換率轉(zhuǎn)換, ,光子晶體進展準(zhǔn)相位匹配光子晶體進展準(zhǔn)相位匹配 2 2 中小功率下的高轉(zhuǎn)換效率方向現(xiàn)狀中小功率下的高轉(zhuǎn)換效率方向現(xiàn)狀.非準(zhǔn)相位匹配時基頻光與倍頻光的轉(zhuǎn)換非準(zhǔn)相位匹配時基頻光與倍頻光的轉(zhuǎn)換.DmkLcImcnndLkLcIcnndLIIeffQSHG2212

7、021221222102122122212sin2sin82sin2 .mmKkkKkk122占空比占空比 lDL為正號部分的長度為正號部分的長度m為準(zhǔn)相位匹配的階數(shù)為準(zhǔn)相位匹配的階數(shù)mddeffQ2NnncIcnndNeffnor122sin)( 812112102122122.優(yōu)點：對光波不再有偏振態(tài)的要優(yōu)點：對光波不再有偏振態(tài)的要求求能較容易地實現(xiàn)相位匹配，能有能較容易地實現(xiàn)相位匹配，能有效的實現(xiàn)非線性頻率轉(zhuǎn)化。在整效的實現(xiàn)非線性頻率轉(zhuǎn)化。在整個晶體透光波段內(nèi)實現(xiàn)一切的非個晶體透光波段內(nèi)實現(xiàn)一切的非線性運用要求，而不受常規(guī)單晶線性運用要求，而不受常規(guī)單晶資料的相位匹配限制資料的相位匹配限

8、制防止了離散效應(yīng)，可以制備大孔徑晶體防止了離散效應(yīng)，可以制備大孔徑晶體不再要求是正交光束，非線性系數(shù)可以是對角張量元，不再要求是正交光束，非線性系數(shù)可以是對角張量元，能更容易利用較大的非線性系數(shù)能更容易利用較大的非線性系數(shù)PPKTPPPKTP大約是大約是KTPKTP的的3 3倍左右，倍左右，PPLNPPLN是是LNLN的的7 7倍左右倍左右.20212021年日本索尼公司年日本索尼公司Michio Oka, Kaoru KimuraMichio Oka, Kaoru Kimura等人等人;PPSLT;PPSLT在在LDLD功率為功率為7.27.2 WW光陰光陰- -光轉(zhuǎn)換效率高達光轉(zhuǎn)換效率高達

9、40%40%，估計倍頻轉(zhuǎn)換效率在，估計倍頻轉(zhuǎn)換效率在70%70%以上，且光束質(zhì)量因數(shù)以上，且光束質(zhì)量因數(shù)M2M2高達高達1.31.3.20212021年中國科學(xué)院光電研討院林嵩，趙江山，周年中國科學(xué)院光電研討院林嵩，趙江山，周 翊等翊等PPSLT:PPSLT:晶體周期為晶體周期為7. 97 um7. 97 um，長度，長度3.5mm3.5mm基頻光功率基頻光功率1133 mW, 1133 mW, 倍頻功率倍頻功率655 Mw,655 Mw,輸出效率輸出效率57.8%57.8%.20212021年中國科學(xué)院光電研討院年中國科學(xué)院光電研討院PPMgLNPPMgLN晶體：長度為晶體：長度為1 mm,

10、1 mm,短周期為短周期為6.95m,6.95m,占空比接近占空比接近50%,50%,大大面積均勻的面積均勻的PPMgLN;PPMgLN;在在6.8 W6.8 W單管激光二極管單管激光二極管(LD)(LD)抽運的情況下抽運的情況下, ,利用通光長度僅利用通光長度僅1 mm1 mm的的PPMgLN,PPMgLN,腔內(nèi)倍頻獲得了腔內(nèi)倍頻獲得了3.8 W3.8 W的綠光的綠光532 532 nmnm激光輸出激光輸出, ,光光- -光轉(zhuǎn)換效率高達光轉(zhuǎn)換效率高達56%56%.三，倍頻系統(tǒng)的設(shè)計倍頻晶體：倍頻晶體：KDPKDP.M1M1：對：對1064nm1064nm及及532nm532nm高反高反M2M2：對：對10641064高反，對高反，對532532高透高透BPBP：布氏角起偏器，消除空間燒孔效應(yīng)，單縱模輸出：布氏角起偏器，消除空間燒孔效應(yīng)，單縱模輸出Q Q開關(guān)及透鏡：提高輸出功率開關(guān)及透鏡：提高輸出功率KDPKDP6mm6mm* *6mm6mm* *12mm12mm: :倍頻，采用倍頻，采用 類臨界位相匹類臨界位相匹配配=41.1=41.1.采用