激光倍频晶体的研究现状分析讲解

摘要:倍频晶体是近几年激光领域人们关注的热点之一，倍频晶体也随之发展起来。本文通过分析国内外各科研机构关于光纤激光器的倍频实验，指出各种常用倍频晶体的优点和缺陷，对未来使用倍频晶体的实验具有指导和参考价值。

关键词：倍频晶体；激光器；相位匹配

Abstract: Fiber laser is the focus of attention of the people in recent years. SHG also will be developed. Based on the analysis of the scientific research institutions at home and abroad on the frequency fiber laser experiment, the paper pointed out that various commonly used SHG advantages and shortcomings, given guidance and reference for the future use of SHG experiment.

Key words: Frequency(SHG; Fiber laser; Phase-matching

摘要Ⅰ

ABSTRACT Ⅱ

引言 1

1 实验研究仪器 1

1.1 光纤激光器及其结构 1

1.2 光纤激光器的倍频 2

2 倍频晶体的现状分析2

2.1 倍频晶体 2

2.2 PPLN晶体倍频输出绿光 3

2.3 PPLN晶体倍频输出可见光 4

2.4 PPKTP晶体倍频应用 5

2.5PPLT晶体的倍频应用 6

3 结果与讨论7

4 前景与展望 9

4.1 实验成果的应用 9

4.2 理论研究的应用 10

参考文献 12

引言

近年来，关于自倍频晶休的研究工作取得了重大进展。自倍频晶体是将激光晶体和倍频晶体合二为一的一类晶体。迄今最主要的自倍频晶体有两种：掺钦和氧化锰的视酸铿和硼酸钦忆铝。自倍频晶体可用于直接产生蓝绿激光，其作用原理如下：用波长为650nm左右的红激光泵浦自倍频晶体，发生激光作用产生波长略大的近红外激光，同时红外激光在晶体中倍频而产生绿激光。目前，可以得到的NMLN晶体的尺寸(10x10x20mm比NYAB晶体的尺寸(4x4x10mm大，但是NMLN 用于产生绿激光时有两个缺点：(1NMLN的非临界相位匹配温度高，会引起热感应加宽和激光下能级的吸收，使阂值升高；(2增加MgO的掺杂量能降低相位匹配温度，但吸收损耗也同时增加了。所以，在高温下工作的NMLN至今只用于染料激光泵浦的系统中，输出lmW量级的绿光功率，二极管激光泵浦的NMLN还未见报道。二极管泵浦NYAB产生绿激光的系统已经研制成功，它与二极管泵浦激光器并通过KTP晶体倍频的系统相比有下列优点：(1NYAB的吸收带宽比Nd:YAG的吸收带宽(在808.5nm处0.5nm宽得多；(2NYAB的受激发射截面比Nd:YAG的大或者差不多，但没有Nd:YAG所显示的浓度羚灭效应；(3用KTP倍频时需要一块四分之一波片来改变激光的偏振态，而在NYAB系统中不需要这种波片；(D只用一块NYAB晶体就能产生绿激光，有利于制成输出大功率绿光的微型激光器。

1 实验研究仪器

1.1 光纤激光器及其结构

光纤激光器是用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器，是在光纤放大器的基础上开发出来的。在泵浦光的作用下光纤内极易形成高功率密度，造成激光工作物质的激光能级“粒子数反转”，适当加入正反馈回路（构成谐振腔）形成激光振荡输

出。发射激光的波长取决于纤芯掺杂不同的离子和反射面种类（典型的例子是布拉格光栅）。光纤激光器包括一盘双包层掺杂光纤，两个反射镜和一个泵浦源。泵浦源为单芯二极管激光器或二极管激光器阵列，或是一个小功率的泵浦光纤激光器。

图1是单膜光纤激光器的结构示意图[1]。

图1-1 单膜光纤激光器的结构示意图

1.2 光纤激光器的倍频

频率转换是一种扩大高功率激光器应用范围的有效技术，它利用光学介质在强辐射场下的非线性光学效应产生新的频率。利用非线性光学晶体实现光的频率转换以拓宽激光波长范围，可以使激光获得更广泛的应用。随着激光技术的发展，包层光纤激光器能在很宽的频谱范围内提供高功率，大有取代半导体激光抽运固体激光器(DPSSL的趋势。固体激光器技术已经相对成熟，但是在小型化、柔性化方面光纤激光器有着固体激光器所不能比拟的优势，更重要的是光纤激光器更容易获得高光束质量的激光输出。近年来，倍频晶体制作工艺的完善，使得光纤激光器在非线性频率转换中的地位越来越重要。光纤激光器的准相位匹配技术通过改变周期性极化晶体的光栅周期来对角度匹配无法实现倍频的波段进行倍频，在科学技术和激光

应用方面有着广阔的前景。例如，利用周期性极化的倍频晶体对光纤激光进行倍频，已经实现了高转换效率的绿光输出[3]。

2 倍频晶体的现状分析

2.1 倍频晶体

1961年，Franken和他的同事们发现，当红宝石激光束通过石英晶体时，能够产生两倍频该光束的紫外光。该发现给激光学界的研究人员带来了福音。因此，人们开始对各种光学晶体的倍频特性进行深入研究。20世纪80年代以前，常用的倍频晶体主要有KD*P、LiI O3、LiNb O3、CD*A等。目前主要用KTP、BBO、LBO、PPKTP和PPLN等晶体。国内外用于准相位匹配器件制备的材料有很多[4]，如铌酸锂晶体(LiNb O3、钽酸锂晶体(LiTa O3、铌酸钾晶体

(KNb O3、磷酸氧钛钾(KTiOP O3，即(KTP以及它的同族晶体，也有使用聚合物、光纤等制备准相位匹配器件。每一种材料都有各自的优缺点，相对而言，KTP晶体以其较低的矫顽场电压和光折变效应，较高的光破坏阈值和非线性系数以及良好的温度稳定性受到广泛关注，成为新一代准相位匹配器件的研究热点。目前，瑞典、以色列等国家已经掌握了比较成熟的周期极化KTP，即PPKTP的高压电场极化反转工艺，并为国际上大多数的准相位匹配技术研究机构提供产品。他们制备的PPKTP器件主要用于激光倍频、光参量振荡等非线性场合。

当用长度7mm～8mm的KTP晶体，对于多模兆瓦级YAG激光器，其倍频效率可达30%，对TEMOO单横模激光器，倍频效率可高达60%。实验证明KTP晶体的抗光伤强度可高达400mW/cm2，而BBO晶体可高达1000mW/ cm2以上。

据报道，瑞典皇家工学院制备的PPKTP最高倍频效率已经达到66%。PPKTP 器件的制备具有很高的技术含量，因此价格十分昂贵。我国拥有KTP晶体生产的优势，自主研制和生产PPKTP器件在知识产权和经济效益方面都有很高的社会价值。通过改进了高压极化电场的有参数，在一定程度上可以提高PPKTP晶体的质量。例如，用光纤激光器输出的1064nm基频光泵浦PPKTP倍频晶体，改进了光学系统可以使PPKTP倍频效率提高一个数量级。

在光纤激光器的实验研究中，利用倍频晶体实现光波长变换输出的较多。近些年国内关于光纤激光器倍频技术的研究如火如荼，山西大学、中国科学院上海光机所、天津大学等一些科研院相继都做了一些关于各种倍频晶体的实验研究，其中包括PPLN、PPKTP、PPLT等晶体，并获得了一些宝贵的实践经验。

PPLN晶体（周期性极化铌酸锂晶体），通光范围为0.4μm～5μm，在可见和红外波段具有较低的散射和吸收，结构破坏阈值为10J/ cm2 (波长为1064nm，脉宽10ns。其应用较为广泛，通过倍频可以输出绿光及其可见光等不同波长的光。

2.2 PPLN晶体倍频输出绿光

利用周期性极化晶体PPLN和双包层光纤激光相结合可以获得绿光激光输出。双包层光纤激光器输出中心波长为1064nm，重复频率为20kHz～100kHz连续可调，谱线宽度约为6nm，输出功率为0W～10W可调，光束直径约为10mm。周期性极化铌酸锂晶体(PPLN光栅周期6.5μm，尺寸为20mm×5mm×0.5mm。

采用PPLN对掺Yb双包层光纤激光器的准连续输出进行倍频。在保持PPLN 的控制温度为193.1℃时，抽运功率为650mW时，得到6.7%的最高谐波转换效率；在抽运功率为970mW时，可以得到59mW的最高绿光功率输出。实验流程如图2所示。

在图2-1中，PBS为偏振棱镜；PPLN为倍频晶体；Pris为分光棱镜；f、f、f和f为透镜。如果将抽运源选为宽带多纵模输出的种子注入掺Yb双包层光纤脉冲放大器，继续利用PPLN倍频晶体进行倍频实验，实验流程图如图2-1所示。实验发现宽带多纵模的光纤激光将会影响谐波的转换效率，要获得高的转换效率需要单模窄带宽频率稳定性好的光纤激光。此外，没有镀膜的晶体端面不仅影响谐波能量的透过率，而且会形成参数振荡，导致谐波频率下转换，影响谐波的输出功率，所以在实验中采用了镀有增透膜的周期性极化晶体，避免了这种现象的出现。

图2-1 PPLN晶体实验流程图

2.3 PPLN晶体倍频输出可见光[2]

利用激光谐振腔产生的1.7mW中心波长为1614nm的激光，通过977nm的泵浦光输运，送至前置放大器，并经过功率放大，缩束后由PPLN倍频，可以输出功率60mW、波长为807nm的激光。在该实验中，PPLN晶体极化周期为20.2μm，厚度0.46mm，晶体温度控制在70℃。其转换效率为44%。实验流程图如图2-1所示。

在图2-1中，①为主振荡器；②为前置放大器；③为功率放大器；④为倍频器；WDM为波分复用器；EDF为掺Er光纤；SESAM为半导体饱和吸收镜；FM为光纤反射镜；LMA EDF为宽模掺铒光纤；PPLN为倍频晶体。用高压电场极化LiNbO晶体制成的周期极化铌酸锂(PPLN可以实现全光频率变换，如倍频(SHG、和频(SFG、差频(DFG、参量振荡(OPO和参量放大(OPA等，但PPLN的某些内在性质却限制了这种材料在短波长和高功率上的应用。

2.4 PPKTP晶体倍频应用

PPKTP晶体（周期性极化磷酸氧钛钾晶体）是世界各国使用比较频繁，且较为成熟的倍频晶体之一。

在国内，利用离子交换法来降低磷酸氧钛钾(KTP的电导率，用高压电场极化反转成功地获得了体积为

4mm×6mm×1mm，周期为A＝9.0μm的周期极TP(PPKTP晶体。在倍频(SHG光学系统中用包层的光纤激光器输出的1064nm激光作为泵浦光，常温下得到PPKTP

器件的最高SHG转换效率，归一化SHG效率为2.4%。这是2004年国内自制PPKTP－SHG器件得到的最高转换效率。实验如图2-2所示。

图2-2 PPKTP器件SHG转换实验流程图

在图2-2中，PPKTP为倍频晶体；Prism为分光棱镜；f1、f2为透镜。国外一些利用PPKTP[5]倍频晶体进行光纤激光倍频的实验也较多。

使用5W的938nm的单频二极管激光器，通过掺钕放大器的输运，利用PPKTP晶体倍频输出了469nm的绿光功率为66mW。晶体的转换效率达到了11%。美国劳伦斯实验室Alex Drobshoff的实验流程如图2-3所示。

图2-3 美国劳伦斯实验室Alex Drobshoff的实

验流程图

图2-3中Of1、Of3为泵浦输运光纤；Of2、Of4为光纤放大器；M1、M2、

M3、M4为双色镜；ISO为光隔离器；PPKTP为倍频晶体；PBS为偏振棱镜；

P1、P2为半波片；P3、P4为四分之一波片。

通过该实验发现，在较大泵浦输出功率的情况下，使用PPKTP晶体后的转换效率有一些降低。但是也得到了一些启示，即结合周期极化非线性晶体可以产生一个新波长的激光。

2.5 PPLT晶体的倍频应用

利用PPLT（周期性极化钽酸锂晶体）也可以实现宽线宽的准连续掺Yb双包层光纤放大激光倍频。与周期性极化的铌酸锂PPLN相比，PPLT晶体超晶格的非线性系数虽然低一些，但抗光损伤能力较强，日益受到人们的重视。

实验采用基波光源为种子注入的准连续掺Yb双包层光纤放大激光，中心波长为1064nm，输出的光束直径约为1cm，光纤激光的带宽约为6nm，重复频率为20 kHz～100kHz，输出功率为0～10W可调。倍频晶体PPLT由南京大学固体微结构实验室采用室温外电场极化法制备，晶体尺寸为40 mm×3mm×0.5mm，端面没有镀膜。PPLT极化周期为7.67μm，对1064nm倍频的理论上的最佳温度120℃。当基频光的功率为2.2W时，获得的宽线宽光纤激光倍频效率为1.8%。选用窄线宽种子源振荡的双包层掺Yb光纤放大激光作为基频光将会较大程度上提高倍频效率。利用PPLT的倍频实验流程如图2-4所示。在图2-4中，PBS为偏振棱镜；PPLT为

倍频晶体；L、L、L和L为透镜。图2-4 利用PPLT的倍频实验流程图

3 结果与讨论

倍频晶体利用激光与晶体的相互作用产生的谐波、合频、差频和参量振荡等二阶非线性光学效应进行光的频率转换，扩展了激光频率覆盖的光谱范围。因为不同的激光的基频波长对倍频晶体的匹配方式、匹配方向、可接收角、可接收线宽、可接收温度宽度等重要参量影响不同，为了获得较好的倍频效果，深入分析倍频晶体倍频

特性，显然十分重要。

国内外各科研机构对倍频晶体进行了多方面的研究和使用。通过对激光器倍频实验

的分析，总试验结果如表3-1所示。

表3-1光纤激光器倍频实验结果

时间

科研机

构抽运源

基频光

波长/nm

倍频晶

体

抽运

功

率/W

输出

功

率

/mW

倍频

光

波长

/nm

光－光转

换效率/%

备注

2002 英国南

安普顿

大学

掺Er光纤放

大激光

1614 PPLN －60 807 44 -

2004.7

上海光

机所Nd:YVO4

激光

064

PPLN 0.97 59 532 6.7 -

2004.7

天津大

学

光纤激光1064 PPKT －－532 0.32 －

2005.1

美国劳

单频二极938 PPLT 5 466 469 11 -

伦

斯实验

室

管激光器

2006.1 上海光

机

所

掺Yb双包

层光纤放大

激光

1064 PPLT 2.2 －532

倍

频效率

1.8%

抗光伤

比

PPLN

强

表3-2倍频晶体的性能参量

晶体类型非线性参数破坏阈值高功率输出转化效率备注

KTP 较大较高容易高

抗光伤能达

400W/cm PPLN 大低难实现一般

PPKTP 大高容易非常高

抗光伤比PPLT 小较高容易高

PPLN强

LBO 较大很高容易高

抗光伤高达BBO 较大很高可实现高

1000mW/cm

倍频晶体直接关系到激光的转换效率和功率输出，以及实验系统的稳定性。因此对于激光倍频实验来讲，倍频晶体的非线性系数、破坏阈值也是我们选择必须考虑的方面。从表3-2中可见，采用PPLN、PPKTP和PPLT晶体通过倍频1064nm都实现了532nm的绿光输出，其转换效率却各不相同，其中PPLN的转换效率较高。目前，在准相位匹配(QPM倍频技术中应用比较成熟的晶体是PPLN、PPKTP和PPLT。通过周期性的改变晶体的自发极化符号，重新安排相位，从而充分利用晶体的二阶非线性极化张量中的最大张量达到高的非线性系数，而且可以避免走离效应，来获得较高的倍频转换效率。另外，也可通过固体激光器产生1064nm的激光，使用KTP、LBO晶体进行频率转换获得绿光。而且KTP晶体除有大的有效非线性系数外，还具有大的允许角、允许温度及小的走离角，而且不潮解，破坏阈值也较高，所以通常人们选用KTP晶体进行Ⅱ类匹配来获得绿光。

常用于全固态紫外波段激光频率转换的晶体主要有BBO、LBO和CLBO等晶体。BBO晶体从紫外到中红外范围内的非线性频率转换的特性非常好，有较大的非线性系数，大的温度容限，小的吸收系数及很高的损伤阈值，其主要不足是角度容限小。用于实现532nm～266nm激光频率转换的BBO和CLBO晶体均为优良的紫外非线性晶体。表3-2是目前经常接触到的倍频晶体的性能参量。

4 前景与展望

4.1 实验成果的应用

倍频晶体是重要的光子材料，利用激光和晶体的非线性相互作用，来扩展光纤激光器的有限的光谱范围，是倍频晶体最重要和最成熟的应用。我国现代工业晶体的出现较晚，与国外相比还存在差距。随着生物技术、信息技术、纳米科技和环境科学技术的发展，在晶体的研究方面逐渐拉近了距离。但近年来我国科学家潜心钻研，先后发现并合成了KBBF、SBBO、TBO、BABO、KABO等一系列深紫外新晶

体，这些晶体均具有优异的紫外倍频性能。

在其他领域中，非线性材料的倍频晶体也得到了广泛的应用。例如，在光纤通信系统中用的最多的是作为光调制器和光波导用的LBO晶体。当然，光通信用的波导

晶体LBO需要高光学质量的单晶，其中Li O和Nb O的化学计量比严格控制在1:1。由于光网络逐渐向全光方向发展，光集成技术将日趋成熟，与单晶硅大量用于集成电路的芯片相似，未来的集成光路也需要大量的高质量的晶片作为光子器件

衬底(光芯片。

目前，光纤激光器已经实现800nm～2100nm波段的激光输出，最大功率已达到万瓦量级，应用也从光通信扩展到激光打标、激光加工、图像显示、生物工程、医疗卫生等领域。未来光纤激光器将会重点落在本身性能的提高和改进上。比如通过选择光器件，非线性的倍频晶体，来提高输出功率和转换效率，优化光束质量，缩短增益光纤长度，提高系统的稳定性等等。在频域方面，宽带宽输出并可调谐的光纤

激光器也会成为未来研究的重心。

4.2 理论研究的应用

综上所述，以Yb:YAB为基质晶体的激光自倍频实验获得了很好的结果。Yb:YAB晶体是目前自倍频输出最高的激光材料，因此Yb:YAB晶体有很大的发展潜力和广阔的应用前景。由于Yb3+离子从红外到可见光区只有一个激光通道，而其吸收与980nm的LD相配合。故可利用Yb3+作为其他稀土离子如Er3+，Ho3+等的敏化剂，尝试生长(Yb,Er或(Yb,Ho双掺的YAB晶体，从而进一步拓宽这一类激光自倍频晶体的研究范围，丰富激光自倍频晶体的种类，探索新波段的激光光源。此外，拉曼位移激光器是当前获得新波段激光的手段之一。H.M.Pask和J.A.Piper[6]曾报道采用LiIO3作为Raman位移活性介质，以一台LD泵浦Nd:YAG为光源，通过一对Brewster片形成偏振，声光调Q(5-25kHz产生脉宽为20~50ns的脉冲激光，通过LiIO3晶体后，1064nm的激光通过1级Stokes效应转换为1155nm 激光,当LD电流为18A时，1155nm激光的平均功率为1.5W；电流为25A时，输出功率可达2.62W。在此基础上，可以用LBO作为倍频晶体，将1155nm的红外光倍频转变为577nm黄色激光。到目前为止，黄色激光的获得有其特别的意义。因为人类的血液在980nm附近有一强的吸收峰。利用这一波段的激光与人的血液的作用可用于诊断和治疗，在医学上有很大的应用前景。目前，以LD泵浦调Q激光器为光源，以LiIO3为Raman位移介质，以LBO为倍频晶体的全固态Raman位移激光器结构复杂，体积大，效率较低。如果以LD泵浦Yb:YAB实现自倍频激光运转，再通过适当光路，直接以LiIO3作为Raman活性介质，直接产生580nm波长附近的黄色激光，则可大大的简化激光器的光路，从而减小体积，提高效率。这方面的工作正在计划进行。此外，微片(Micro-chip激光器的发展和应用也引人注目。采用Yb:YAB为激光工作物质和倍频材料，同样可以发展新型的单频Yb:YAB微片激光器。其基本理论计算及腔型设计已经完成，初步实验与理论计算符合很好。微片激光器可以进一步提高效率、减小体积、降低成本，并且准确为单频率，从而可以作为标准频率被采用。当然,所有的应用都与晶体生长及晶体质量有关。当前，晶体生长及完整性的关系等研究也在进一步深入。相信在近期内，Yb:YAB晶体研究及应用将取得更

大的进步。

参考文献

[1]朱晓峥,周军.准连续双包层光纤激光在周期性极化.中国激光,1999.

[2]桑梅,于建.光纤激光器泵浦PPKTP晶体倍频连续,2000.

[3]傅佩珍.绿光输出[J].光电子激光,2004.

[4]侯碧辉,张云.非线性光学晶体硼酸镧钠的光谱研究[A].第十四届全国光散射学术会议论文摘要集[C],2007.

[5]孙元红.有机材料的非线性光学特性的理论研究[D].山东师范大学,2005.

[6]张晓玉,高洪涛,王长涛.激波调制光子晶体频率转换效应的研究[J].光电工程.,2008.

固体激光倍频、调Q实验

声光调Q倍频YAG激光器实验声光调制器由石英晶体、铌酸锂或重火石玻璃作为声光介质，通过压电晶体电声转换器将超声波耦合，在声光介质中产生超声波光栅，介质的折射率被周期性调制形成折射率体光栅。在腔内采用该技术，可将连续的1064nm基频光变换成10KHz的高重复率脉冲激光，由于具有重复频率和峰值功率高的特点，可获得高平均功率的倍频绿光输出。【实验目的】（1）掌握声光调Q连续激光器及其倍频的工作原理；（2）学习声光调Q倍频激光器的调整方法；（3）了解声光调Q固体激光器的静态和动态特性，并掌握测试方法；（4）学习倍频激光器的调整方法。【实验原理】【实验原理】声光调Q倍频连续YAG激光器的工作原理（1）声光调Q基本原理：

图1 声光调制器工作原理声光调制器是由石英晶体、铌酸锂、或重火石玻璃做为声光介质，通过电声换能器（压电晶体）将超声波耦合进去，在声光介质中产生超声波光栅。超声波光栅将介质的折射率进行周期性调制，从而进一步形成折射率体光栅。如图1所示。光栅公式如下式（1）式（1）中，是声光介质中的超声波波长，为布拉格衍射角，为入射光波波长，n为声光介质的折射率。当入射光以布拉格角入射时，出射光将被介质中的体光栅衍射到一级衍射最大方向上。利用声光介质的这种性质，可以对激光谐振腔内的光束方向进行调制。当加入声光调制信号时，光束偏转出腔外，不能在腔内形成振荡，即此时为高损耗腔。在此期间泵浦灯注入给激活介质（激光晶体）的能量储存在激光上能级，形成高反转粒子数。当去掉声光调制信号时，光束不被偏转，在腔内往返，形成激光振荡。由于前面积累的高反转粒子数远远超过激光阈值，所以瞬时形成脉冲激光输出，从而形

倍频晶体

倍频晶体，用于倍频效应的一类非线性光学晶体。其基本条件是：⑴不具有中心对称性； ⑵对基频波和倍频波的透明度高；⑶二次非线性电极化系数大，这是因为倍频转换效率与此系数的平方成正比；⑷有位相匹配能力，特别是非临界匹配能力。位相匹配角度和温度容限要在；⑸光学均匀性好，损伤阈值高；⑹物化性能稳定；⑺生长工艺比较容易，能得到足够大的晶体，在位相匹配方向上达到可用长度。常用的倍频晶体：⒈磷酸二氢铵（ADP）、磷酸二氢钾（KDP）、磷酸二氘钾（DKDP）、砷酸二氘铯（DCDA）、砷酸二氢铯（CDA）等晶体。它们是产生倍频效应和其它非线性光学效应的一类具有代表性的晶体，适用于近紫外可见光区和近红外区，其损伤阈值大。 ⒉铌酸锂（LN）、铌酸钡钠、铌酸钾、α型碘酸锂等晶体。它们的二次非线性电极化系数大，而且LN、BNN等晶体的折射率对温度敏感，并且与色散效应的温度变化特性不同，可适当调节温度实现非临界匹配，它们适用于可见光区和中红外区（0.4μ-5μ）。LN在光照下易产生折射率变化，有光损伤现象；BNN的损伤阈值比LN高，但固熔区域较宽，组分易变动而导致光学均匀性变差，较难得到性能优良的大型晶体；铌酸钾不存在固熔区，有可能得到光学性质均匀的大型晶体；α型碘酸锂是水溶液生长晶体，能培养出光学质量好的大型晶体，且损伤阈值比BNN晶体高，缺点是不具有非临界匹配能力。 ⒊砷化镓、砷化铟、硫化锌、碲化镉、碲、硒等半导体晶体。它们的二次非线性电极化系数比前两类的晶体更大，适用于较宽的红外波段。但除硒、碲外，多数晶体无双折射效应，不能实现位相匹配。与其它晶体区别用于和频、差频和光的参量振荡效应的非线性光学晶体的基本要求和倍频晶体相同。

Nd：YAG激光器倍频特性实验报告

Nd:YAG 激光倍频特性实验目的：1. 了解二次非线性光学效应 2. 了解二倍频晶体中相位匹配实验原理：当强光与物质作用后，表征光学的许多参量如折射率、吸收系数、散射截面等不再是常数，而是一个与入射光有关的变量，相应也出现了在线性光学中观察不到的许多新的光学现象，非线性光学的产生与研究大大加深了我们对光与物质相互作用本质的认识，同时也具有极其重要的实用价值。 1. 光学倍频光学倍频又称二次谐波，指在非线性介质中传播频率为ν的激光，其中一部分能量转换到频率为2ν的光波中去，使在介质中传播的有频率为ν和2ν两种光波。从量化概念来说，这相当于两个光子在非线性介质内发生湮灭，并产生倍频光子的现象。在倍频过程中满足能量守恒何动量守恒定律。 2. 二次谐波的效率由基波的能量（功率）转换成二次谐波的能量（功率）的比值，反映了介质的二次谐波效率，为： ωωηI I 2= 常用二次谐波非线性材料有KDP 倍频晶体和KTP 倍频晶体等。KTP 晶体性能优于KDP 晶体，非线性系数是后者的15倍，光损伤阈值也高（大于400mW/cm 2）。 3. 相位匹配相位匹配物理实质是：基频光在晶体中沿途各点激发的倍频光，在出射面产生干涉，只有相位匹配时才可干涉增强，达到好的倍频效率。相位匹配要求基频光和倍频光在晶体中的传播速度相等，即折射率相等，对于双折射晶体，基频光在晶体面上的入射则需要一定的角度相位匹配。实验中，KTP 晶体是加工好的，只需垂直晶体面入射即可满足相位匹配条件。实验装置 1. He-Ne 激光器 2. 小孔光阑 3. 1064nm 全反凹面镜M 1 4. Cr 4+ :YAG 调Q 晶体 5. Nd:YAG 振荡棒 6. 输出镜M 2 7. Nd:YAG 放大棒 8. 平板玻璃 9. 能量计 10. KTP 晶体图1 实验光路示意图本实验采用与“Nd:YAG 激光器调Q 激光束放大特性”相同的实验装置，倍频晶体放置于放大级输出端后方。实验过程实验中要特别注意眼睛不可直视Y AG 输出激光以及He-Ne 激光，并小心精密操作设备。 1、倍频激光输出调节（1）按照与前一实验相同步骤调整Nd:Y AG 激光器，放置调Q 晶体，放大级工作开启。（2）在Nd:Y AG 放大棒后加入KTP 晶体，轻轻转动KTP 角度，使KTP 输出由一弱散斑汇聚成一耀眼亮点，即达到晶体最佳匹配效果。倍频后输出激光为1064nm 和532nm 两

激光倍频实验报告

篇一：激光谐振腔与倍频实验激光谐振腔与倍频实验 a13组 03光信息陆林轩 033012017 实验时间：2006-4-25 [实验目的和内容] 1、学习与掌握工作物质端面呈布儒斯特角的钕玻璃激光器的调节，以获得激光红外输出。 2、掌握腔外倍频技术，并了解倍频技术的意义。 3、观察倍频晶体0.53?m绿色光的输出情况。[实验基本原理] 1、激光谐振腔光学谐振腔是激光器的重要组成部分，能起延长增益介质的作用（来提高光能密度），同时还能控制光束的传播方向，对输出激光谱线的频率、宽度、和激光输出功率、等都产生很大的影响。图1 激光谐振腔示意图（1）组成：光学谐振腔是由两个光学反射镜面组成、能提供光学正反馈作用的光学装置，如图1所示。两个反射镜可以是平面镜或球面镜，置于激光工作物质两端。两块反射镜之间的距离为腔长。其中一个镜面反射率接近100%，称为全反镜；另一个镜面反射率稍低些，激光由此镜输出，故称输出镜。（2）工作原理：谐振腔中包含了能实现粒子数反转的激光工作物质。它们受到激励后，许多原子将跃迁到激发态。但经过激发态寿命时间后又自发跃迁到低能态，放出光子。其中，偏离轴向的光子会很快逸出腔外。只有沿着轴向运动的光子会在谐振腔的两端反射镜之间来回运动而不逸出腔外。这些光子成为引起受激发射的外界光场。促使已实现粒子数反转的工作物质产生同样频率、同样方向、同样偏振状态和同样相位的受激辐射。这种过程在谐振腔轴线方向重复出现，从而使轴向行进的光子数不断增加，最后从部分反射镜中输出。所以，谐振腔是一种正反馈系统或谐振系统，具有很好的准直，选频和放大功能。（3）种类：图2 谐振腔的种类按组成谐振腔的两块反射镜的形状以及它们的相对位置，可将光学谐振腔区分为：平行平面腔，平凹腔，对称凹面腔，凸面腔等。平凹腔中如果凹面镜的焦点正好落在平面镜上，则称为半共焦腔；如果凹面镜的球心落在平面镜上，便构成半共心腔。对称凹面腔中两块反射球面镜的曲率半径相同。如果反射镜焦点都位于腔的中点，便称为对称共焦腔。如果两球面镜的球心在腔的中心，称为共心腔。如果光束在腔内传播任意长时间而不会逸出腔外，则称该腔为稳定腔（满足，否则称为不稳定腔（满足1?g1.g2或0?g1.g2）。上述列举的谐振腔都属0?g1.g2?1）稳定腔。（4）本实验中的激光谐振腔：本实验采用的是外腔式钕玻璃激光器。外腔式激光器的两个反射镜是放在激光棒的外侧，长度可调，频率可变，在激光棒的两侧按一定的角度贴有布儒斯特窗片。由于布儒斯特窗对p 偏振分量具有100%的透过率，从而输出线偏光。 2、激光倍频 (1)非线性光学基础极化强度矢量和入射长的关系为： p??(1)e??(2)e2??(3)e3??（1） ……分别是线性极化率，二阶非线性极化率，三阶非线性极化率……，?(2) ，?(1)，?(3)，且每加一次极化，?值减小七八个数量级。在入射光场比较小的时候，?

【CN109698461A】一种被动调Q的脉冲式自倍频绿光激光器【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910180438.5 (22)申请日 2019.03.11 (71)申请人山东大学地址 250199 山东省济南市历城区山大南路27号 (72)发明人王正平　孙玉祥　于法鹏　王新乐　王梦霞　许心光　赵显　 (74)专利代理机构济南金迪知识产权代理有限公司 37219 代理人许德山 (51)Int.Cl. H01S 3/109(2006.01) H01S 3/098(2006.01) H01S 3/11(2006.01) (54)发明名称一种被动调Q的脉冲式自倍频绿光激光器(57)摘要本发明涉及一种被动调Q的脉冲式自倍频绿光激光器，包括沿光路依次放置的泵浦源、自倍频激光晶体、可饱和吸收体、谐振腔输出镜；自倍频激光晶体为Nd:YCOB晶体或Nd:GdCOB晶体；通光方向长度为6-15mm，切割方向均为沿1064nm倍频相位匹配方向，钕离子掺杂浓度为1–20at.％；可饱和吸收体的材质为二维材料SnSe 2。本发明采用二维材料制备的薄膜状可饱和吸收体调制自倍频激光，将连续波自倍频激光转换为短脉宽、高峰值功率、高重复频率的脉冲自倍频激光。本发明所用的可饱和吸收体制备工艺简单，生产成本低，效率高，易装配，制成的脉冲自倍频激光器体积小，性能好，便于大规模推广和使用。权利要求书2页说明书5页附图2页CN 109698461 A 2019.04.30 C N 109698461 A

权　利　要　求　书1/2页CN 109698461 A 1.一种被动调Q的脉冲式自倍频绿光激光器，其特征在于，包括沿光路依次放置的泵浦源、自倍频激光晶体、可饱和吸收体、谐振腔输出镜；所述自倍频激光晶体为Nd:YCOB晶体或Nd:GdCOB晶体；所述自倍频激光晶体的通光方向长度为6-15mm，所述自倍频激光晶体的切割方向均为沿1064nm倍频相位匹配方向，所述自倍频激光晶体的钕离子掺杂浓度为1–20at.％；所述可饱和吸收体的材质为二维材料SnSe2。 2.根据权利要求1所述的一种被动调Q的脉冲式自倍频绿光激光器，其特征在于，所述自倍频激光晶体的通光方向长度为10mm，所述自倍频激光晶体的钕离子掺杂浓度为8at.％。 3.根据权利要求1所述的一种被动调Q的脉冲式自倍频绿光激光器，其特征在于，所述Nd:YCOB晶体的I类相位匹配的切割角为(θ1,φ1)，θ1的取值范围为110°-116°，φ1的取值范围为35°-40°；所述Nd:GdCOB晶体的I类相位匹配的切割角为(θ2,φ2)，θ2的取值范围为110°-116°，φ2的取值范围为45°-50°。 4.根据权利要求3所述的一种被动调Q的脉冲式自倍频绿光激光器，其特征在于，所述Nd:YCOB晶体的I类相位匹配的切割角为(113°,37°)，所述Nd:GdCOB晶体的I类相位匹配的切割角为(113°,47°)。 5.根据权利要求1所述的一种被动调Q的脉冲式自倍频绿光激光器，其特征在于，所述泵浦源、所述自倍频激光晶体之间安放有聚焦系统。 6.根据权利要求1所述的一种被动调Q的脉冲式自倍频绿光激光器，其特征在于，所述可饱和吸收体的制备方法如下： (1)将0.05-0.15g的SnSe2粉末充分研磨后，溶于5-15mL的乙醇水溶液中，并充分搅拌，得到混合溶液，乙醇水溶液的体积百分比为25-35％； (2)将混合溶液超声8-16h，使层状微粒充分降解细分； (3)将超声后的溶液离心15-30min，提取上清液； (4)将15-25mL的聚乙烯醇加入到上清液中，使上清液和聚乙烯醇的比例为(1:1)-(3: 1)，得到分散液； (5)将制好的分散液超声1-3h； (6)将处理后的分散液滴在0.5-2mm厚的石英基片上自然风干，即得；进一步优选的，所述步骤(1)中，将0.1g SnSe2粉末溶于10mL的乙醇水溶液中，乙醇水溶液的体积百分比为30％；所述步骤(2)中，将混合溶液超声12h；所述步骤(3)中，利用3000r/min的离心机将超声后的溶液离心20min，使上清液和聚乙烯醇的比例为2:1；所述步骤(4)中，聚乙烯醇的体积百分比为4％；所述步骤(5)中，将制好的分散液超声2h；所述步骤(6)中，将处理后的分散液滴在1mm厚的石英基片上自然风干。 7.根据权利要求1所述的一种被动调Q的脉冲式自倍频绿光激光器，其特征在于，所述Nd:YCOB晶体的泵浦端入射面镀有1055-1095nm和527-548nm光高反，800-810nm光高透介质膜，出射面镀有1055-1095nm和527-548nm光增透，800-810nm光高反介质膜。 2

倍频

实验一：倍频电路与高频谐振功率放大器实验目的：通过本实验，进一步了解和掌握丙类倍频电路和高频丙类谐振功率放大器的工作原理，了解和掌握倍频器中LC 选频回路Q 值变化对电路性能的直接影响关系，了解与掌握激励信号的幅值、负载电阻RL 的阻抗变化对放大器性能的影响。通过实验、能够使学生初步掌握对高频电路的调整技巧，学会使用基本仪器对高频电路的测量及对电路的分析。 1.1 倍频器与高频谐振功率放大器工作原理 (1) 丙类倍频器工作原理倍频器是把输入的信号频率f 0成整数倍增到n f 0的倍频电路。比较常用的电路有2倍频、3倍频、5倍频等倍频电路形式,它常常被用于发射机、接收机电路或其它电路的中间级。倍频器按其工作原理可分为两大类：第一类是参量倍频器：它利用具有PN 结元器件的结电容量的非线性变化，从而得到输入信号的n 次谐波频率分量。常见的变容管倍频器、阶跃管倍频器就属于这种类型。第二类是丙类倍频器：它利用晶体管的非线性效应，把正弦波变换成正弦脉冲波，由于脉冲波中含有丰富的谐波份量，通过LC 选频回路将信号的n 次谐波选出、从而完成对信号的n 次倍频功能。这类倍频器的电路形式与丙类谐振放大器之间没有太大的区别、所以又称为丙类倍频器。本实验中所采用的倍频器就属于这种电路类型。图1-1 是本次实验用丙类倍频倍电原理图。从图中可以看出该电路和丙类谐振功放级电路在电路结构上非常相类似、不同之处仅在于倍频器选用的两级LC 选频网络的固有谐振频率选择在输入信号f 0的三倍频上。选用二级LC 选频,以提高选频效果。 LC 选频回路公式为： ≈ f LC π21 （U1）表示前级送来的载波信号，它经由L3、C13、C14组成的并联谐振回路选频后、经电容分压加载到倍频管BG3基极。由于U1信号具有较大的电压幅值，完全可以使倍频管BG3工作在丙类状态下。我们知道，当晶体管工作在开关状态时、其集电极

倍频激光原理

倍频激光器的原理激光激光是受激辐射光的简称，其原理是：当原子系统受到外来光子作用下，且外来光子能量刚好是原子系统某两个高低能级的能量差，即hv21=E2-E1时，则处于高能级E2的粒子可能会在这个光子的诱发下，而跃迁到低能级 E1并发射一个与原外来光一模一样的光子，这种过程称之为光的受激辐射。受激辐射产生的光就叫做激光。激光器要使受激辐射起主要作用而产生激光，必须满足三个前提条件： 1.有提供放大作用的增益介质作为激光工作物质，（YAG激光器采用掺钕离子的钇铝石榴石制成的晶体棒）。 2.有外界激励能源，使介质上下能级产生粒子数反转分布。（YAG激光器，采用氪灯或氙灯或半导体激光二极管泵浦，即用光轰击YAG晶体使其中的Nd3+产生粒子数反转分布，聚光腔起辅助作用，目的是使灯发出的光尽可能多的反射或散射到YAG晶体上）。 3.有激光谐振腔，使受激辐射光在谐振腔中产生震荡，（最简单常见的是由一块半反镜，一块全反镜构成，激光由半反镜输出）。谐振腔相当于激光器的正反馈，没有谐振腔即是一个光放大器，引进谐振腔而使放大光产生振荡形成激光振荡器，成为激光器。因此，一个完整的激光器应包括：工作物质、外界激励能源、谐振腔。 YAG激光器 YAG激光器是固体激光器的一种，它的工作物质是掺钕钇铝石榴石晶体（YAG），即简称YAG激光器。泵浦源泵浦源是为工作物质提供能量，使工作物质内原子产生受激辐射从而产生激光。 YAG激光器的泵浦源一般采用椭圆柱腔，氪灯和激光棒分别置于椭圆柱腔的两个焦点轴上，因椭圆的一个焦点（如氪灯）发出的光经一次反射或直射可达另一个焦点上（激光棒），所以，这种结构可以将氪灯发出的光尽可能多的汇聚在激光棒上。不同的激光有不同的泵浦源。倍频绿激光 YAG激光器产生的激光的波长为1064nm，其波长比红色光的波长还要长，位于可见光范

激光谐振腔与倍频实验

激光谐振腔与倍频实验 A13组03光信息陆林轩033012017 实验时间：2006-4-25 [实验目的和内容] 1、学习与掌握工作物质端面呈布儒斯特角的钕玻璃激光器的调节，以获得激光红外输出。 2、掌握腔外倍频技术，并了解倍频技术的意义。绿色光的输出情况。 3、观察倍频晶体0.53m [实验基本原理] 1、激光谐振腔光学谐振腔是激光器的重要组成部分，能起延长增益介质的作用（来提高光能密度），同时还能控制光束的传播方向，对输出激光谱线的频率、宽度、和激光输出功率、等都产生很大的影响。图1 激光谐振腔示意图（1）组成：光学谐振腔是由两个光学反射镜面组成、能提供光学正反馈作用的光学装置，如图1所示。两个反射镜可以是平面镜或球面镜，置于激光工作物质两端。两块反射镜之间的距离为腔长。其中一个镜面反射率接近100%，称为全反镜；另一个镜面反射率稍低些，激光由此镜输出，故称输出镜。（2）工作原理：谐振腔中包含了能实现粒子数反转的激光工作物质。它们受到激励后，许多原子将跃迁到激发态。但经过激发态寿命时间后又自发跃迁到低能态，放出光子。其中，偏离轴向的光子会很快逸出腔外。只有沿着轴向运动的光子会在谐振腔的两端反射镜之间来回运动而不逸出腔外。这些光子成为引起受激发射的外界光场。促使已实现粒子数反转的工作物质产生同样频率、同样方向、同样偏振状态和同样相位的受激辐射。这种过程在谐振腔轴线方向重复出现，从而使轴向行进的光子数不断增加，最后从部分反射镜中输出。所以，谐振腔是一种正反馈系统或谐振系统，具有很好的准直，选频和放大功能。（3）种类：

图2 谐振腔的种类按组成谐振腔的两块反射镜的形状以及它们的相对位置，可将光学谐振腔区分为：平行平面腔，平凹腔，对称凹面腔，凸面腔等。平凹腔中如果凹面镜的焦点正好落在平面镜上，则称为半共焦腔；如果凹面镜的球心落在平面镜上，便构成半共心腔。对称凹面腔中两块反射球面镜的曲率半径相同。如果反射镜焦点都位于腔的中点，便称为对称共焦腔。如果两球面镜的球心在腔的中心，称为共心腔。如果光束在腔内传播任意长时间而不会逸出腔外，则称该腔为稳定腔（满足120.1g g <<），否则称为不稳定腔（满足12121..g g g g <<或0）。上述列举的谐振腔都属稳定腔。（4）本实验中的激光谐振腔：本实验采用的是外腔式钕玻璃激光器。外腔式激光器的两个反射镜是放在激光棒的外侧，长度可调，频率可变，在激光棒的两侧按一定的角度贴有布儒斯特窗片。由于布儒斯特窗对P 偏振分量具有100%的透过率，从而输出线偏光。 2、激光倍频 (1)非线性光学基础极化强度矢量和入射长的关系为： (1)(2)2(3)3P E E E χχχ=+++ （1） (1)χ，(2)χ ，(3)χ，……分别是线性极化率，二阶非线性极化率，三阶非线性极化率……，且每加一次极化，χ值减小七八个数量级。在入射光场比较小的时候，(2) χ ，(3) χ 等极小， P 与E 成线性关系。当入射光场较强时，体现出非线性。只有在具有非中心对称的晶体中才可以观测到二阶非线性效应。二阶效应可用于实现倍频、和频、差频和参量震荡过程。其中二倍频技术是最基本，利用最广泛的一种技术。本实验就是要观测倍频技术。 (2)相位匹配及实现方法除了要光强比较大还要实现相位匹配，才可以获得好的倍频效果。由倍频转换率公式：

激光自倍频晶体简介

激光自倍频晶体简介 1、激光倍频激光倍频也称二次谐波（SHG），是利用非线性晶体在强激光作用下的二次非线性效应，使频率为ω的激光通过晶体后变为频率为2ω的倍频光，也是首个在实验上被观测到的非线性光学效应。 1961年，美国密歇根大学的Franken等人发现红宝石激光(694.3nm)通过石英晶体后产生了一条波长为347.15nm 的新谱线[1]，新产生的光的频率正好是原入射光的两倍，也就是光倍频现象。这不同于以往的线性光学现象，标志着非线性光学的开端。 Franken实验原理图激光倍频技术大大扩展了激光的波段，是将激光向短波长方向变换的主要技术方法。激光倍频在激光技术中被广泛采用，为得到波长更短的激光可多级倍频，目前已达到实用化的程度，并且有商品化的器件和装置，具有非常广泛的应

用。 2、自倍频晶体自倍频激光晶体是通过在非线性光学晶体中掺入激活离子（通常是Nd3+或Yb3+），使其同时具有激光发射和非线性光学倍频两种功能，在产生红外波长的基频光的同时对其进行倍频。典型的自倍频晶体有掺杂钕离子的四硼酸铝钇（NYAB）、掺杂镱离子的四硼酸铝钇（Yb:YAB）、掺杂钕或镱离子的硼酸钙氧盐（Nd/Yb:RECOB）等晶体。 1）NYAB晶体用半导体激光器（LD）抽运NYAB晶体最高可获得225mW 的自倍频绿光输出（光光转换效率为14％），而用钛宝石作为抽运源绿光输出功率可提高到450mW[2]。但是，NYAB 晶体的不均匀性很难通过改善晶体生长条件或其它措施来解决，极难获得高光学质量的单晶。除此之外，NYAB晶体在530nm倍频光处存在较强的吸收，不利于自倍频绿光的产生。这使得NYAB自倍频激光器的应用受到限制。 2）Yb:YAB晶体 Yb:YAB晶体的主吸收峰在976nm处，用功率11W的LD 抽运Yb:YAB晶体，可获得4.3W的基频光波输出（斜效率为48％），最终实现了1.1W的自倍频绿光输出（光光转换效率为10％）[3]。Yb:YAB晶体采用助熔剂法生长，生长

LBO晶体直接倍频获得488nm激光_王旭葆

第37卷，增刊红外与激光工程 2008年9月 V ol.37 Supplement Infrared and Laser Engineering Sep. 2008 收稿日期：2008-07-31 基金项目：国家重点基础研究发展计划973计划（2006CB605206）资助课题。作者简介：王旭葆（1972-），男，黑龙江庆安人，助理研究员，博士后，主要从事激光技术、光学设计等方面研究。Email:wangxubao@https://www.360docs.net/doc/c418980967.html, LBO 晶体直接倍频获得488 nm 激光王旭葆，丁鹏，左铁钏（北京工业大学激光工程研究院，北京 100124）摘要：利用LBO 晶体直接倍频波长为976 nm 的连续半导体激光二极管，获得了波长为488 nm 的连续蓝光输出，最大输出功率25 mW 。设计并分析了一个用于976 nm 激光倍频的L 型谐振腔，并在实验基础上，制成了一台小型全固态488 nm 连续蓝光激光器。关键词：激光； LBO 晶体；倍频；转换效率中图分类号：TN248.4 文献标识码：A 文章编号：1007-2276(2008)增(激光探测)-0048-03 Compact continuous-wave blue laser at 488 nm with a LBO crystal WANG Xu-bao, DING Peng, ZUO Tie-chuan （Institute of Laser Engineering, Beijing University of Technology. Beijing 100124, China ） Abstract: A compact continuous-wave blue laser at 488 nm, with the maximum output exceeding 25 mW, is demonstrated by direct frequency doubling of a laser diode (LD) with a LBO crystal. Based on the experiments , a compact all - solid state 488 nm blue laser with continuous wave output is made. We present the development and demonstration of tunable high-power blue-green (around 488 nm) laser by using intracavity frequency doubling of a tunable high-power high-brightness external-cavity emitting laser. Key words: Lasers; LBO crystal; Frequency doubling; Conversion efficiency 0 引言近年来，小型的全固态蓝光激光器由于其结构紧凑，稳定性高，寿命长等优点，在高密度储存、水下通信、光学信息处理、医学诊断等领域都有着广泛的应用前景。实现全固态蓝色激光光源的途径主要有3种 [1-2] ：(1)直接发射蓝光的激光二极管；(2) 激光二极管(LD)倍频的蓝色光源;(3)激光二极管抽运通过非线性光学手段获得的蓝光激光器。文中利用976 nm 二极管激光器作为基频光光源，利用LBO 晶体进行倍频获得488 nm 激光，对其进行了理论和实验研究。 1 实验装置产生基频光的激光二极管放置在一个安装小型半导体制冷片的热汇上,温度控制在25±1℃,以便保证激光二极管输出稳定的 976 nm 波长的基频激光。制冷片的驱动及温度控制采用一高效电子制冷器(TEC)控制模块(Analog Technologies, Inc.)，该模块可以直接提供最大2.5 A 的直流电流驱动半导体制冷片,并可以0.1℃的精度调节控制温度,该模块温度控制稳定,精度足以满足实验要求。激光二极管发出的激光通过一根长1 m 芯径为200 μm 的光纤输出,最大连续输出功率达到1 W 。实验装置如图1所示，Flat mirror1对基频光（976 nm ）45o高反，对二次谐波（488 nm ）增透，实际当中对于

激光倍频晶体的研究现状分析

摘要:倍频晶体是近几年激光领域人们关注的热点之一，倍频晶体也随之发展起来。本文通过分析国内外各科研机构关于光纤激光器的倍频实验，指出各种常用倍频晶体的优点和缺陷，对未来使用倍频晶体的实验具有指导和参考价值。关键词：倍频晶体；激光器；相位匹配

目录摘要 (Ⅰ) ABSTRACT (Ⅱ) 引言 (1) 1 实验研究仪器 (1) 1.1 光纤激光器及其结构 (1) 1.2 光纤激光器的倍频 (2) 2 倍频晶体的现状分析 (2) 2.1 倍频晶体 (2) 2.2 PPLN晶体倍频输出绿光 (3) 2.3 PPLN晶体倍频输出可见光 (4) 2.4 PPKTP晶体倍频应用 (5) 2.5PPL T晶体的倍频应用 (6) 3 结果与讨论 (7) 4 前景与展望 (9) 4.1 实验成果的应用 (9) 4.2 理论研究的应用 (10) 参考文献 (12)

激光演示的原理

激光演示也就是人们常说的Lasershow。最初的激光演示仅只能表演激光光束效果, 光干涉效应(Lumia)和简单的激光“莉莎”(Lissajous)图形。随着激光技术, 高速扫描元件, 色彩合成和控制技术, 特别是激光演示软件的快速发展, 今天的激光演示已不再是Lasershow所涵盖的内容, 它不仅能表演特殊的激光光束效果, 还演示复杂的激光动画和三维图文。目前主要应用于游乐业, 娱乐业和广领域。激光演示有如下几个特点: (1)它是一种投射式成像方式, 能够实现超大屏幕的显示; (2)色彩鲜艳纯正, 具有高的对比度(100:1); (3)能够产生特殊的空间光束效果和光束干涉效应; (4)激光效应和图形信号完全数字化, 由电脑直接编程; (5)它是一种“光笔”书写的矢量化的图形模式。激光演示系统主要由激光器、颜色混合和调制元件,激光扫描投影器和电脑控制器以及多媒体部件组成。在电脑的控制下，激光光束经过色彩合成调制器、激光扫描仪投射在空间或屏幕上，向人们演示各种特殊的空间光束效果、精彩的静、动、三维立体图文画面。表演的节目和图文画面完全按照用户的要求，由电脑软件事先或即时设计。 1.激光器激光器是激光演示系统的关键部件。所使用的激光器取决于应用场所的大小、环境亮度、演示的颜色效果。它可以分为低功率(<1W)和高功率（1～30W）；单色（红色或蓝、绿）和彩色(红,绿,蓝色)。目前的低功率激光器有红光氦-氖激光器(功率<50mW), 空气冷却的氩离子(蓝,绿光)或氩-氪气体彩色激光器(功率: <1W), 对于高功率系统, 通常使用水冷的氩离子(蓝,绿)激光(功率: 3.5 -30W)和氩-氪气体彩色激光器(功率: 3.5- 20W)。近年来也有人将高重复频率工作的铜蒸汽(黄,绿光)用于激光光束表演。

Nd∶GdCOB晶体1331.0nm自倍频特性

第!"卷第"期 !##!年$!月激光技术 %&’()*(+,-.%./0 1234!"5-24"67879:7; 5!##!文章编号<$##$=>?#"@!##!A #"=#B C #=#> D E F G H G I E J K E L M N H O P K Q F R L ST I P T E I U N P G V O W X O Y Z [\U $>>$4#L ] ^_‘a b c _5d e f g hi _f j 5ka f g hl a g h f g h 5m a g ‘a n _g h 5kj ao a c p a f g @q r s 2;9t u v 2r’8v 7r 87t r w(r x v r 77;v r x+2337x 75’y t r w 2r xz r v {7;|v u }5~v !r t r 5!C #$##A "Q #U I \M U <*y 7$y t |79t u 8y v r xt r x 372s -w W /w +.%v |8t 38&3t u 7w 4z |v r x6t u t 8y ;229=C ###$&3|7ww }73t |7;t |$&9$|2&;875’7y t {7;7t 3v (7wu y 7|73s =s ;7)&7r 8}=w 2&:3v r x3t |7;s ;29$>>$4#r 9u 2""C 4C r 9v r-w W /w +.%8;}|=u t 34*y 77*$7;v 97r u ;7|&3u ||y 2’u y t u u y 7u y ;7|y 23w7r 7;x }s 2;u y 78;}|u t 3v |$B 4!9~+’y 7ru y 7$&9$7r 7;x }v |!C 9~5u y 72&u $&u ""C 4C r 93t |7;7r 7;x }v |#4"!9~t r wu y 782;;7|$2r w v r x82r {7;|v 2r7s s v 8v 7r 8}v |! 4C ,4-E N .P I O #<|73s =s ;7)&7r 8}=w 2&:3v r x8;}|u t 3+w }73t |7;+$y t |79t u 8y v r x +;7w3t |7; V O W X O Y Z [晶体$ >>$4#L ]自倍频特性李宇飞张彪黄俊刚孙渝明侯学元 @山东大学信息科学与工程学院5济南5!C #$##A 摘要<计算了-w W /w +.%晶体的相位匹配角/用6t u t 8y ;229=C ###染料脉冲激光作为泵浦源5在-w W /w = +.%晶体中实现了由$>>$4#r 9到""C 4C r 9的自倍频激光运转5阈值能量为$B 4!9~+当泵浦能量为!C 9~ 时5""C 4C r 9激光的输出能量为# 4"!9~5相应的转换效率为!4C ,/关键词<自倍频晶体+染料激光+相位匹配+红光激光中图分类号<*-! B ?4>文献标识码<& 作者简介<李宇飞5男5$0C 1年0月出生/高级工程师/ 一直从事固体激光器和非线性器件的研究与开发/ 收稿日期$ 2L U I P O K M U R P L )787r u 3}5u y 7s v 73w2s r 2r 3v r 7t ;2$u v 8t 39t u 7;v t 3y t |:782972r 72su y 7y 2u $2u |2s;7|7t ;8y 7| 3$5!4 4 ’73s =s ;7)&7r 8}=w 2&:3v r x8;}|u t 38t r829:v r 7v u |3t |7;79v ||v 2r2s u y 72$u v 8t 33}t 8u v {7v 2r |’v u yu y 7|782r w =y t ;92r v 8=x 7r 7;t u v 2r $;2$7;u }2su y 7y 2|u 4*y 7|7$;2$7;u v 7|2s u y v |5v r w2s 8;}|u t 39t }$7;9v u s t :;v 8t =u v 2r2s 829$t 8u 3t |7;|2&;87t r w9t 57v u 92;7’v w 73}&|7wv r97w v 8v r 75v r w &|u ;}5|8v 7r 87;7|7t ;8y 59v 3v u t ;}7r x v r 77;v r xt r w|22r 4-w W +t B /w .@%.>A >55r 2’r t |-w W /w +.%5v |t r 7’|73s =s ;7)&7r 8}=w 2&:3v r x 3t |7;8;}|u t 3 4/w +.%8;}|u t 33v (7|v r u y 792r 283v r v 8:v t *v t 38;}|u t 3|}|u 794*y 7{t 3&7|2s u y 7&r v u 873382r |u t r u |t ;7f 6#4?#0C @1A r 9576$4"#$?@"A r 9586#4>C C ?@?A r 9t r w 96$#$4!":4q u |u ;t r |9v ||v 2r ’t {7:t r w v |s ;29>C #r 9u 2!1##r 9t r w v u |$y t |7=9t u 8y v r x ’t {7:t r wv |:7u ’77r 1!#r 9t r w $C ##r 94’2v u 9t }:7t r u v 8v $t u 7wu y t u |73s =s ;7)&7r 8}=w 2&:3v r x;7w 5:3&7t r wx ;77r3t |7;8t r:7x 7r 7;t u 7wv rv u 4;t r }8t 38&3t =u v 2r |t r w7*$7;v 97r u |2ru y 7|73s =s ;7)&7r 8}=w 2&:3v r x s ;29$#"$r 9u 2C >#4C r 9y t {7:77r;7t 3v (7w 3>5B 4 4%&u u y 7|782r w =y t ;92r v 8x 7r 7;t u v 2r s ;29$>>$r 9u 2 "C C 4C r 9v |;t ;73};7$2;u 7w 4q ru y v |$ t $7;5u y 7$y t |79t u 8y v r x8&;{72s -w W /w +.%8;}|u t 3t u $>>$r 95’y v 8y v |8t 38&3t u 7w :} 829$&u 7;t r t 32x &75v ||y 2’r 4&882;w v r x u 2u y 78t 38&= 3t u 7w $ y t |79t u 8y v r xt r x 375’78&uu ’2|$78v 97r |5’y v 8y y t {7t w v 97r |v 2r 2s >99<>99>$4#r 9u 2""C 4C r 9v r-w W /w =+.%4*y 77*$7;v 97r u ;7|&3u |t ;7’733v rt x ;7797r u ’v u yu y 7u y 72;} 4$Y \F M K F \U R P LP G U =E P T U R ]\F T =\#E ]\U M =R L S \L S F E \U $>>$4#L ] /w +.%v |tr 7x t u v {7:v t *v t 38;}|u t 34>2;:v t *v t 3 8;}|u t 35u y 78&;{7w =|&;s t 872s;7s ;t 8u v {7v r w 7*v |t 万方数据

KDP-DKDP倍频晶体主截面定位方法

第２７卷第２期２０１９年２月光学精密工程 Optics and Precision Engineering Vol ．２７ No ．２ Feb ．２０１９收稿日期：２０１８-０９-０３；修订日期：２０１８-１１-０１．基金项目：中国工程物理研究院资助项目（No ．GFZX ０２０５０１０２．１）文章编号１００４-９２４X （２０１９）０２-０２９５-０７ K D P ／D K D P 倍频晶体主截面定位方法高波１*，阴万宏２，李强１，姜昌录２，杨斌２，柴立群１（１．中国工程物理研究院激光聚变研究中心，四川绵阳６２１９００；２．西安应用光学研究所，陕西西安７１００６５）摘要：KDP ／DKDP 倍频晶体是惯性约束聚变系统中的关键元件，其主截面方向与晶体相位匹配角、晶体吸收系数紧密相关。为了实现KDP ／DKDP 倍频晶体主截面方向的高精度定位，本文提出一种光强测量间接定位方法。通过激光器结合稳功率仪及半波片输出稳定线偏振光，同时旋转相互正交的起偏器与检偏器可获得晶体的最佳消光位置即为主截面方向。推导了该测量系统光强的琼斯矩阵模型，给出了光强与起偏器、检偏器角度间的关系表达式。采用最小二乘方法拟合经过起偏器、倍频晶体及检偏器的光强变化曲线，从而可精确定位倍频晶体主截面的方向。通过计算机仿真模拟和实验验证了该方法的正确性和可行性。实验表明，该方法定位的重复测量精度优于０．０２°，满足惯性约束聚变系统中KDP ／DKDP 倍频晶体主截面的定位控制精度要求。关键词：倍频晶体；主截面；琼斯矩阵；最小二乘拟合中图分类号：O ４３６．１文献标识码：A doi ：１０．３７８８／OPE ．２０１９２７０２．０２９５Location method for principal section orientation of KDP or DKDP frequency -doubling crystal GAO Bo １*，YIN Wan -hong ２，LI Qiang １，JIANG Chang -lu ２，YANG Bin ２，CHAI Li -q un １（１．ＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＬａｓｅｒＦｕｓｉｏｎ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＰｈｙｓｉｃｓ，Ｍｉａｎｙａｎｇ６２１９００，Ｃｈｉｎａ；２．Ｘｉ′ａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｐｐｌｉｅｄＯｐｔｉｃｓ，Ｘｉ′ａｎ７１００６５，Ｃｈｉｎａ） *Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ，Ｅ-ｍａｉｌ：ｃｏｗｂｏｙｔｅａｒ＠ｈｏｔｍａｉｌ．ｃｏｍ Abstract ：A frequency -doubling crystal is one of the most important light components in the inertial confinement fusion （ICF ）facility ．T he principal section is closely related to the phase -matching angle and the absorption coefficient of the frequency -doubling crystal ．To orient the principal section accurately ，an indirect measurement method is presented based on light intensity ．A measurement system was established using a laser ，p ower stabilizer ，half -p late ，crystal ，p olarizer ，and analyzer ．T he position of extinction ，w hich was the principal section of the crystal ，was obtained by rotating the p olarizer and analyzer simultaneously ．T he Jones matrix model for the measurement system was deduced ，and an expression formula for the relationship between light intensity ，p olarizer ，and analyzer was derived ．T hrough least squares curve fitting ，the orientation of the principal section can be found ．T he validity of the model was verified using the simulation and experimental results ．T he 万方数据