《nm光学倍频系统》ppt课件

1、532nm532nm光学倍频光学倍频 侯亦飞 2120210712张波2120210732.一，倍频及倍频技术的开展一，倍频及倍频技术的开展 1 1 激光器的开展激光器的开展 2 2 倍频晶体的开展倍频晶体的开展二，目前的研讨方向及现状二，目前的研讨方向及现状 1 1 高功率，高光束质量方向及现高功率，高光束质量方向及现状状 2 2中小功率下的高转换效率方向中小功率下的高转换效率方向现状现状三，倍频系统的设计三，倍频系统的设计.1064nm:1064nm:固体激光器的主要输出波长固体激光器的主要输出波长532nm532nm：运用于拉曼光谱分析，激光显示，激光医疗：运用于拉曼光谱分析，激光显示，

2、激光医疗矛矛盾盾一，倍频及倍频技术的开展一，倍频及倍频技术的开展.光学倍频也称二次谐波产生，是指频率为1的单色光波入射到非线性介质后产生频率为21的光波的景象倍频技术扩展了激光的波段，可获得更短波长的激光，但实践运用中对效率及稳定性都有要求。.倍频技术的开展倍频技术的开展1,1,激光器的开展激光器的开展目前：目前： LD LD泵浦的泵浦的Nd:YVO4Nd:YVO4与与Nd:YAGNd:YAG固体激光器固体激光器.不具有对称中心。不具有对称中心。有较大的非线性极化系数有较大的非线性极化系数能以一定的方式实现相位匹配能以一定的方式实现相位匹配所选用的非线性晶体应对基频光和倍频光透明所选用的非线性

3、晶体应对基频光和倍频光透明晶体的抗损伤阈值要尽能够高晶体的抗损伤阈值要尽能够高早期：早期：磷酸二氢钾磷酸二氢钾KDP)非线性极化系数过小，转换效率非线性极化系数过小，转换效率低低LiIO3(LN)非线性系数虽较大，但损伤阈值低Ba2NaNb5O15(BNN)难以制备高光学均匀性的光学单晶2 2，倍频晶体的开展，倍频晶体的开展根本要求：根本要求：. 晶体类型晶体类型出现时间出现时间研制者研制者BBO晶体BaB2O4 七十年代末中科院物质构造研讨所KTPKTiPO4)八十年代初美国LBOLiB3O5) 1987中科院物构所 MgO:LiIO3八十年代中期美国八十年代至目前八十年代至目前.KTP K

4、TP 晶体：非线性系数大、价钱低廉晶体：非线性系数大、价钱低廉 ，但有，但有灰迹光致吸收景象灰迹光致吸收景象, , 运用运用KTP KTP 的绿光激的绿光激光器通常在光器通常在500 mW500 mW以下。以下。LBOLBO晶体：抗损伤阈值高晶体：抗损伤阈值高, , 生长周期长生长周期长, , 价钱价钱昂贵昂贵, , 而且而且LBO LBO 晶体非线性系数小晶体非线性系数小, , 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的长度以上的长度以上, , 呵斥激光器体积大呵斥激光器体积大.年份年份功率功率M2频率频率制造者制造者2004101W10kHz韩国Ye

5、ungnam大学2021年420W3410kHz美国coherent公司2021 年230W10kHz华北光电技术研讨所苑利刚2021103W1.4460kHz清华大学受限缘由：声光受限缘由：声光Q Q开关关门才干缺乏开关关门才干缺乏二，目前的研讨方向及现状二，目前的研讨方向及现状 1 1 高功率，高光束质量方向及现状高功率，高光束质量方向及现状.420W420W绿光输出系统构成绿光输出系统构成230W230W绿光输出系统绿光输出系统. PPKTP,PPLN, PPMgLN PPKTP,PPLN, PPMgLN ，PPSLTPPSLT非线性周期性构造提供的倒格矢周期性的改动非线性系非线性周期性

6、构造提供的倒格矢周期性的改动非线性系数的符号，使基波调和波在奇数的相关长度内相对相位数的符号，使基波调和波在奇数的相关长度内相对相位反转反转, , 这种匹配的相位关系能使二次谐波强度在一些本这种匹配的相位关系能使二次谐波强度在一些本该衰减的区段得以继续添加，使谐波坚持高效非线性频该衰减的区段得以继续添加，使谐波坚持高效非线性频率转换率转换, ,光子晶体进展准相位匹配光子晶体进展准相位匹配 2 2 中小功率下的高转换效率方向现状中小功率下的高转换效率方向现状.非准相位匹配时基频光与倍频光的转换非准相位匹配时基频光与倍频光的转换.DmkLcImcnndLkLcIcnndLIIeffQSHG2212

7、021221222102122122212sin2sin82sin2 .mmKkkKkk122占空比占空比 lDL为正号部分的长度为正号部分的长度m为准相位匹配的阶数为准相位匹配的阶数mddeffQ2NnncIcnndNeffnor122sin)( 812112102122122.优点：对光波不再有偏振态的要优点：对光波不再有偏振态的要求求能较容易地实现相位匹配，能有能较容易地实现相位匹配，能有效的实现非线性频率转化。在整效的实现非线性频率转化。在整个晶体透光波段内实现一切的非个晶体透光波段内实现一切的非线性运用要求，而不受常规单晶线性运用要求，而不受常规单晶资料的相位匹配限制资料的相位匹配限

8、制防止了离散效应，可以制备大孔径晶体防止了离散效应，可以制备大孔径晶体不再要求是正交光束，非线性系数可以是对角张量元，不再要求是正交光束，非线性系数可以是对角张量元，能更容易利用较大的非线性系数能更容易利用较大的非线性系数PPKTPPPKTP大约是大约是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功率为功率为7.27.2 WW光阴光阴- -光转换效率高达光转换效率高达

9、40%40%，估计倍频转换效率在，估计倍频转换效率在70%70%以上，且光束质量因数以上，且光束质量因数M2M2高达高达1.31.3.20212021年中国科学院光电研讨院林嵩，赵江山，周年中国科学院光电研讨院林嵩，赵江山，周 翊等翊等PPSLT:PPSLT:晶体周期为晶体周期为7. 97 um7. 97 um，长度，长度3.5mm3.5mm基频光功率基频光功率1133 mW, 1133 mW, 倍频功率倍频功率655 Mw,655 Mw,输出效率输出效率57.8%57.8%.20212021年中国科学院光电研讨院年中国科学院光电研讨院PPMgLNPPMgLN晶体：长度为晶体：长度为1 mm,

10、1 mm,短周期为短周期为6.95m,6.95m,占空比接近占空比接近50%,50%,大大面积均匀的面积均匀的PPMgLN;PPMgLN;在在6.8 W6.8 W单管激光二极管单管激光二极管(LD)(LD)抽运的情况下抽运的情况下, ,利用通光长度仅利用通光长度仅1 mm1 mm的的PPMgLN,PPMgLN,腔内倍频获得了腔内倍频获得了3.8 W3.8 W的绿光的绿光532 532 nmnm激光输出激光输出, ,光光- -光转换效率高达光转换效率高达56%56%.三，倍频系统的设计倍频晶体：倍频晶体：KDPKDP.M1M1：对：对1064nm1064nm及及532nm532nm高反高反M2M2：对：对10641064高反，对高反，对532532高透高透BPBP：布氏角起偏器，消除空间烧孔效应，单纵模输出：布氏角起偏器，消除空间烧孔效应，单纵模输出Q Q开关及透镜：提高输出功率开关及透镜：提高输出功率KDPKDP6mm6mm* *6mm6mm* *12mm12mm: :倍频，采用倍频，采用 类临界位相匹类临界位相匹配配=41.1=41.1.采用