非线性光学完整版本214048

AFR市场内部培训教程非线性光学----倍频By:KarlZheng目录非线性光学概述------------------------P3和频效应---------------------------------P5OPO（光学参量震荡）---------------P7倍频应用---------------------------------P9倍频晶体和倍频效率------------------P10IPG光纤激光器倍频构思-------------P11AFR市场内部培训教程---贸易条件与术语和频效应--SHGAFR市场内部培训教程---贸易条件与术语OPOAFR市场内部培训教程---贸易条件与术语非线形光学概述AFR市场内部培训教程---贸易条件与术语KTP晶体Advantages:LargeNonlinearOptical(NLO)Coefficients

WideAngularBandwidthandSmallWalk-offAngle

BroadTemperatureandSpectralBandwidthHighElectro-Optic(E-O)CoefficientandLowDielectricConstant

LargeFigureofMeritforanOpticalWaveguideModulator

Nonhygroscopic,GoodChemicalandMechanicalPropertiesAFR市场内部培训教程---贸易条件与术语KTP晶体AFR市场内部培训教程---贸易条件与术语TransparencyRange:

350-4500nm,SeeTransparencyCurve

KTPTransparencyCurveRefractiveIndices:

Wavelengthnx

ny

nz

1064nm1.73771.74531.8297

532nm

1.77801.78861.8887

Therm-OpticCoefficients:

dnx/dT=1.1x10-5/oC

dny/dT=1.3x10-5/oC

dnz/dT=1.6x10-5/oC

SellmeierEquations:

n2x=3.0065+0.03901/(l2-0.04251)-0.01327l2

n2y=3.0333+0.04154/(l2-0.04547)-0.01408l2

n2z=3.3134+0.05694/(l2-0.05658)-0.01682l2linearOpticalPropertiesKTP晶体AFR市场内部培训教程---贸易条件与术语Phase-MatchableOutputRange:

492-1700nm

NLOCoefficients:

d31=2.54pm/V,d32=4.35pm/V,d33=16.9pm/V

d24=3.64pm/V,d15=1.91pm/Vat1064nm

deff(II)»(d24-d15)sin2fsin2q-(d15sin2f+d24cos2f)sinq

Electro-OpticCoefficients:

LowFrequency(pm/V)HighFrequency(pm/V)

g13

9.5

8.8

g2315.713.8g3336.335.0g51

7.36.99g42

9.38.8NonlinearOpticalPropertiesKTP晶体AFR市场内部培训教程---贸易条件与术语ApplicationsforSHGandSFGofNd:lasersKTPisthemostcommonlyusedmaterialforfrequencydoublingofNd:YAGlasersandotherNd-dopedlasers,particularlyatthelowormediumpowerdensity.ThefollowingTableliststhemajorNLOpropertiesofKTPforfrequency-doublingofNd:YAGlaser.

PMangle

q=90o,f=23.5o,

whereq&farepolaranglesreferringtoZandX.

EffectiveSHGcoefficient

deff

»8.3xd36(KDP)

Angularacceptance

20mrad-cm

Temperatureacceptance

25oC-cm

Spectralacceptance

5.6Å-cm.

Walk-offangle4.5mrad(0.26o)

Opticaldamagethreshold

>450MW/cm2,(@1.06mm,10ns,10Hz)

LiNbO3晶体AFR市场内部培训教程---贸易条件与术语linearOpticalPropertiesTransparencyRange

420-5200nm

LiNbO3TransparencyCurveRefractiveIndices

ne=2.146,no=2.220@1300nm

ne=2.156,no=2.232@1064nm

ne=2.203,no=2.286@632.8nm

OpticalHomogeneity~5x10-5/cm

SellmeierEquations(linmm):

2o(l)=4.9048+0.11768/(l2-0.04750)-0.027169°c2

n2e(l)=4.5820+0.099169/(l2-0.04443)-0.021950°l2

LiNbO3晶体AFR市场内部培训教程---贸易条件与术语NonlinearOpticalPropertiesNLOCoefficients

d33=34.4pm/V

d31=d15=5.95pm/V

d22=3.07pm/V

EfficiencyNLOCoefficients

deff=5.7pm/Vor~14.6xd36(KDP)forfrequencydoubling1300nm;

deff=5.3pm/Vor~13.6xd36(KDP)forOPOpumpedat1064nm;

deff=17.6pm/Vor~45xd36(KDP)forquasi-phase-matchedstructure.

Electro-OpticCoefficients

gT33=32pm/V,

gS33=31pm/V,

gT31

=10pm/V,

gS31=8.6pm/V,

gT22=6.8pm/V,gS22=

3.4pm/V,

Half-WaveVoltage,DC

Electricalfield½z,light^z:

Electricalfield½½xory,light½½z:

3.03KV

4.02KVDamageThreshold

100MW/cm2(10ns,1064nm)

BBO晶体AFR市场内部培训教程---贸易条件与术语主要优点•可实现相位匹配的波段范围宽（409.6—3500nm）

•可透过波段范围宽（190—3500nm）

•倍频转换效率高(相当于KDP晶体的6倍）

•光学均匀性好

•高损伤域值（100ps脉宽的1064nm10GW/cm^2）

•温度接收角宽（55℃左右）

BBO晶体AFR市场内部培训教程---贸易条件与术语主要应用•

Nd:YAG和Nd:YLF激光的二,三,四,五倍频

•染料激光的倍频,三倍频和混频

•

Ti:Sappire和Alexandrite激光的二,三,四倍频

•光学参量放大器(OPA)与光学参量振荡器(OPO)

•氩离子,红宝石和Cu-vapor激光的倍频

•在全固态可调激光,超快脉冲激光,DUV激光等高、精、尖激光技术领域的研发领域BBO晶体AFR市场内部培训教程---贸易条件与术语主要性能：

BBO

是一种负单轴晶体，它的o-ray折射系数（no）要比e-ray（ne）折射系数大，可通过Selleimer方程来计算(λinμm):

no2=2.7359+0.01878/(λ2-0.01822)-0.01354λ2

ne2=2.3753+0.01224/(λ2-0.01822)-0.01516λ2

通过角度调谐可获得I、II类的相位匹配，图1是倍频下的相位匹配角。

有效倍频系数由下列方程式得出：

I类:deff=d31sinθ+(d11cos3φ-d22sin3φ)cosθ

II类:deff=(d11sin3φ+d22cos3φ)cos2θ

θ和φ分别指向极坐标中的z(=c)和x(=a)

BBO晶体AFR市场内部培训教程---贸易条件与术语线性光学特性透光范围189-3500nm折射系数

1064nm

532nm

266nmne=1.5425,no=1.6551

ne=1.5555,no=1.6749

ne=1.6146,no=1.75711热光系数dno/dT=-9.3x10-6/℃

dne/dT=-16.6x10-6/℃BBO晶体AFR市场内部培训教程---贸易条件与术语非线性光学特性：

相位匹配输出波长189-1750nm非线性光学系数d11=5.8xd36(KDP)

d31=0.05xd11

d22<0.05xd11电光系数γ11=2.7pm/V,γ22,γ31<0.1γ11半波电压48KV(1064nm)损失阈值

1064nm

532nm5GW/cm2(10ns);10GW/cm2(1.3ns)

1GW/cm2(10ns);7GW/cm2(250ns)BBO晶体AFR市场内部培训教程---贸易条件与术语Nd:YAG激光器中的应用

BBO晶体在Nd:YAG激光二、三、四倍频上的性能优异，是213nm光五倍频的最佳选择。二倍频的转换效率大于70％，三倍频60％，四倍频50％，213nm光五倍频的输出功率可达200mW。表1是Nd:YAG激光下BBO和KD*P的性能比较。表2是BBO从二倍频到五倍频的基本非线性光学特性比较。

BBO对高功率Nd:YAG激光腔内倍频的效果也非常理想。使用福晶防反射镀膜BBO的声光调QNd:YAG激光器腔内倍频可获得15W平均功率的532nm光。使用600mW倍频输出的锁模Nd:YLF激光器泵浦，Brewster斜角BBO腔外共振可输出66mW的266nm的光。

表1.BBO和KD*P的谐波效果比较晶体1w(mJ)SHG(mJ)THG(mJ)4HG(mJ)5HG(mJ)BBO2201053918.556003501407020KD*P600270112.545/

LBO晶体AFR市场内部培训教程---贸易条件与术语主要优点•

可透光波段范围宽（160—2600nm）

•

光学均匀性好，内部包络少

•

倍频转换效率较高(相当于KDP晶体的3倍）

•

高损伤域值（1.3ns脉宽的1053nm激光可达10GW/cm2)

•

接收角度宽，离散角度小

•

I,II类非临界相位匹配（NCPM）的波段范围宽

•

光谱非临界相位匹配（NCPM）接近1300nm

LBO晶体AFR市场内部培训教程---贸易条件与术语主要应用

•二倍频方面:

1.医用与工业用途的Nd:YAG激光

2.科研与军事用途的高功率Nd:YAG与Nd:YLF激光

3.Nd:YVO4,Nd:YAG和Nd:YLF激光的泵浦

4.红宝石,Ti:Sappire与Cr:LiSAF激光

•三倍频方面:

1.Nd:YAG与Nd:YLF激光

2.光学参量放大器(OPA)与光学参量振荡器(OPO)

3.高功率1340nm的Nd:YAP激光的二,三倍频LBO晶体AFR市场内部培训教程---贸易条件与术语光学及非线性光学特性

LBO属负双轴晶体，主轴X,Y,Z(nz＞ny＞nx)分别与结晶轴a,c,b平行。表2.给出了LBO晶体在不同波长下的折射系数。折射系数与波长的关系可用塞米尔（Selleimer）方程式表示如下(λ表示μm)：n2x=2.454140+0.011249/(λ2-0.011350)-0.014591λ2-6.60×10-5λ4

n2y=2.539070+0.012711/(λ2-0.012523)-0.018540λ2+2.00×10-4λ4

n2z=2.586179+0.013099/(λ2-0.011893)-0.017968λ2-2.26×10-4λ4

在1.064um光下，LBO晶体的有效SHG系数是KDP的3倍.点群mm2的LBO晶体的非零非线性（光学）极化率计算如下：

表2.主要折射系数波长(nm)nxnynz10641.56561.59051.60555321.57851.60651.62123551.59731.62861.6444d31=1.05±0.09pm/V

d32=-0.98±0.09pm/V

d33=0.05±0.006pm/V

LBO晶体AFR市场内部培训教程---贸易条件与术语

LBO的光损失阈值是常用无机非线性光学晶体中最高的。因此，它是高功率二次谐波发生器和其他非线性光学应用的最佳选择。表3将LBO与其他常用晶体在1.3ns1053nmNd:YLF激光下的光损伤阈值进行了比较。

表3.1053nm光损伤阈值晶体能量密度

(J/cm2)功率密度(GW/cm2)比率KTP

KDP

BBO

LBO6.0

10.9

12.9

24.64.6

8.4

9.9

18.91.00

1.83

2.15

4.10LBO晶体AFR市场内部培训教程---贸易条件与术语室温下LBO的SHG及T