激光倍频技术

激光倍频技术第1页，课件共14页，创作于2023年2月§4.1概论非线性极化光是一种电磁波，在介质中传播时，先将介质内部的电偶极子极化，然后这些电偶极子产生受迫振动，辐射出相应的电磁波。光在介质中的相速度为c/n<c，正是反映了辐射~极化~辐射的过程。在介质内部，电磁场E与极化P互为因果，有下面函数关系：第一项是线性极化，包括了线性光学的内容。当时，第二项的作用逐渐增强，即随着电场E的不断增强，偶极子的振动超过了线性区，产生了非线性效应，对应的非线性效应为：SHG，SFG，DFG，OPO等。第三项对应更高的非线性光学效应。第2页，课件共14页，创作于2023年2月§4.1概论波耦合作用在介质中，总的极化强度为P=PL+PNL，可分为线性极化PL和非线性极化PNL。PNL是两个以上光电场E相乘的结果，导致了不同光电场之间出现相互影响，相互作用，相互之间有能量转移，即光波之间有耦合作用。由Maxwell方程组可以推导出相应的波耦合方程组，对于二阶非线性效应，频率关系为的光电场有：一个光电场的变化与其它两个光电场乘积有关，非独立传播。当deff=0时，E1,2,3=const，独立传播，无吸收。第3页，课件共14页，创作于2023年2月§4.2倍频技术倍频效率E(ω)~E(2ω)第4页，课件共14页，创作于2023年2月相位匹配条件及其意义

§4.2倍频技术第5页，课件共14页，创作于2023年2月§4.3角度匹配方法折射率曲面从原点O引矢径方向与K平行，取矢径长度r=n，n为与K对应的光波的折射率值，所有r端点连成折射率曲面。由于对应一个K有两个折射率，因此沿同一矢径对应两个矢径长度，因此折射率曲面是双层面，与折射率椭球不同。对于负单轴晶体有：第6页，课件共14页，创作于2023年2月§4.3角度匹配方法角度相位匹配第7页，课件共14页，创作于2023年2月§4.3角度匹配方法负单轴晶体的角度匹配第8页，课件共14页，创作于2023年2月正单轴晶体的角度匹配§4.3角度匹配方法第9页，课件共14页，创作于2023年2月§4.3角度匹配方法角度匹配规律在正常色散条件下，倍频光总是取低折射率所对应的偏振态：基频光不取或不单独取低折射率所对应的偏振态，总有取高折射率所对应的偏振态，这样就补偿了正常色散造成的第10页，课件共14页，创作于2023年2月§4.3角度匹配方法双轴晶体的角度匹配一般来讲，晶体的对称性越低，非线性极化率越大，倍频效率较高的KTP就属于双轴晶体。双轴晶体的折射率曲面是双层双叶曲面，不再以Z轴为光轴，Z轴是两个光轴的角平分线，折射率也不仅是

的函数，也是的函数在双轴晶体中非光轴方向，中存在着两个相互正交的光电场、,分别对应着双层双叶曲面的两个曲面和，同样可以利用角度匹配的方法，也分为I类（平行式）和II类（正交式）匹配，即：主轴折射率和色散公式确定以后，可采用计算机数值计算求解。第11页，课件共14页，创作于2023年2月§4.3角度匹配方法光孔效应和非临界相位匹配光孔效应相位失配非临界相位匹配第12页，课件共14页，创作于2023年2月§4.4倍频方式倍频效率腔外倍频腔内倍频第13页，课件共14页，创作于2023年2月§4.4倍频方式对倍频晶体的要求deff≠0，