激光倍頻技術(shù)

激光倍頻技術(shù)第一頁(yè)，共十四頁(yè)，2022年，8月28日§4.1概論非線(xiàn)性極化光是一種電磁波，在介質(zhì)中傳播時(shí)，先將介質(zhì)內(nèi)部的電偶極子極化，然后這些電偶極子產(chǎn)生受迫振動(dòng)，輻射出相應(yīng)的電磁波。光在介質(zhì)中的相速度為c/n<c，正是反映了輻射~極化~輻射的過(guò)程。在介質(zhì)內(nèi)部，電磁場(chǎng)E與極化P互為因果，有下面函數(shù)關(guān)系：第一項(xiàng)是線(xiàn)性極化，包括了線(xiàn)性光學(xué)的內(nèi)容。當(dāng)時(shí)，第二項(xiàng)的作用逐漸增強(qiáng)，即隨著電場(chǎng)E的不斷增強(qiáng)，偶極子的振動(dòng)超過(guò)了線(xiàn)性區(qū)，產(chǎn)生了非線(xiàn)性效應(yīng)，對(duì)應(yīng)的非線(xiàn)性效應(yīng)為：SHG，SFG，DFG，OPO等。第三項(xiàng)對(duì)應(yīng)更高的非線(xiàn)性光學(xué)效應(yīng)。第二頁(yè)，共十四頁(yè)，2022年，8月28日§4.1概論波耦合作用在介質(zhì)中，總的極化強(qiáng)度為P=PL+PNL，可分為線(xiàn)性極化PL和非線(xiàn)性極化PNL。PNL是兩個(gè)以上光電場(chǎng)E相乘的結(jié)果，導(dǎo)致了不同光電場(chǎng)之間出現(xiàn)相互影響，相互作用，相互之間有能量轉(zhuǎn)移，即光波之間有耦合作用。由Maxwell方程組可以推導(dǎo)出相應(yīng)的波耦合方程組，對(duì)于二階非線(xiàn)性效應(yīng)，頻率關(guān)系為的光電場(chǎng)有：一個(gè)光電場(chǎng)的變化與其它兩個(gè)光電場(chǎng)乘積有關(guān)，非獨(dú)立傳播。當(dāng)deff=0時(shí)，E1,2,3=const，獨(dú)立傳播，無(wú)吸收。第三頁(yè)，共十四頁(yè)，2022年，8月28日§4.2倍頻技術(shù)倍頻效率E(ω)~E(2ω)第四頁(yè)，共十四頁(yè)，2022年，8月28日相位匹配條件及其意義

§4.2倍頻技術(shù)第五頁(yè)，共十四頁(yè)，2022年，8月28日§4.3角度匹配方法折射率曲面從原點(diǎn)O引矢徑方向與K平行，取矢徑長(zhǎng)度r=n，n為與K對(duì)應(yīng)的光波的折射率值，所有r端點(diǎn)連成折射率曲面。由于對(duì)應(yīng)一個(gè)K有兩個(gè)折射率，因此沿同一矢徑對(duì)應(yīng)兩個(gè)矢徑長(zhǎng)度，因此折射率曲面是雙層面，與折射率橢球不同。對(duì)于負(fù)單軸晶體有：第六頁(yè)，共十四頁(yè)，2022年，8月28日§4.3角度匹配方法角度相位匹配第七頁(yè)，共十四頁(yè)，2022年，8月28日§4.3角度匹配方法負(fù)單軸晶體的角度匹配第八頁(yè)，共十四頁(yè)，2022年，8月28日正單軸晶體的角度匹配§4.3角度匹配方法第九頁(yè)，共十四頁(yè)，2022年，8月28日§4.3角度匹配方法角度匹配規(guī)律在正常色散條件下，倍頻光總是取低折射率所對(duì)應(yīng)的偏振態(tài)：基頻光不取或不單獨(dú)取低折射率所對(duì)應(yīng)的偏振態(tài)，總有取高折射率所對(duì)應(yīng)的偏振態(tài)，這樣就補(bǔ)償了正常色散造成的第十頁(yè)，共十四頁(yè)，2022年，8月28日§4.3角度匹配方法雙軸晶體的角度匹配一般來(lái)講，晶體的對(duì)稱(chēng)性越低，非線(xiàn)性極化率越大，倍頻效率較高的KTP就屬于雙軸晶體。雙軸晶體的折射率曲面是雙層雙葉曲面，不再以Z軸為光軸，Z軸是兩個(gè)光軸的角平分線(xiàn)，折射率也不僅是

的函數(shù)，也是的函數(shù)在雙軸晶體中非光軸方向，中存在著兩個(gè)相互正交的光電場(chǎng)、,分別對(duì)應(yīng)著雙層雙葉曲面的兩個(gè)曲面和，同樣可以利用角度匹配的方法，也分為I類(lèi)（平行式）和II類(lèi)（正交式）匹配，即：主軸折射率和色散公式確定以后，可采用計(jì)算機(jī)數(shù)值計(jì)算求解。第十一頁(yè)，共十四頁(yè)，2022年，8月28日§4.3角度匹配方法光孔效應(yīng)和非臨界相位匹配光孔效應(yīng)相位失配非臨界相位匹配第十二頁(yè)，共十四頁(yè)，2022年，8月28日§4.4倍頻方式倍頻效率腔外倍頻腔內(nèi)倍頻第十三頁(yè)，共十四頁(yè)，2022年，8月28日§4.4倍頻方式對(duì)倍頻晶體的要求deff≠0，