低功率抽运下BBO晶体倍频过程中热效应解析
基于BBO晶体的多模接收小型化纠缠源系统[发明专利]
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(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 202010930579.7(22)申请日 2020.09.07(71)申请人 济南量子技术研究院地址 250101 山东省济南市历下区舜华路747号(72)发明人 周飞 张亚楠 (74)专利代理机构 北京云嘉湃富知识产权代理有限公司 11678代理人 程凌军(51)Int.Cl.G02F 1/355(2006.01)G02F 1/35(2006.01)G02F 1/39(2006.01)(54)发明名称基于BBO晶体的多模接收小型化纠缠源系统(57)摘要本发明公开了一种基于BBO晶体的多模接收小型化纠缠源系统，其包括泵浦光源1、泵浦光传输模块、纠缠装置5、光分离装置7、第一收集装置8‑1和第二收集装置8‑2。
其中，第一收集装置8‑1和第二收集装置8‑2在结构上不对称。
第一收集装置8‑1包括第一多模光纤、时间滤波单元9和空间滤波单元11，且所述时间滤波单元9位于所述空间滤波单元11前方。
第二收集装置8‑2中包括空间滤波单元12和第二多模光纤。
借助本发明，可以以精简的结构稳定地提供高偏振对比度、高亮度和品质的纠缠光。
权利要求书2页 说明书6页 附图2页CN 112068380 A 2020.12.11C N 112068380A1.一种基于BBO晶体的多模接收小型化纠缠源系统，其包括泵浦光源(1)、泵浦光传输模块、纠缠装置(5)、光分离装置(7)、第一收集装置(8-1)和第二收集装置(8-2)；泵浦光源(1)输出的光经所述泵浦光传输模块作用，作为泵浦光输入到所述纠缠装置(5)；所述纠缠装置(5)包括BBO晶体，且被设置成利用所述泵浦光产生偏振纠缠光子对，所述偏振纠缠光子对包括偏振方向彼此正交的信号光和闲频光；所述光分离装置(7)被设置用于将所述信号光和所述闲频光分离以沿不同方向传输；所述第一收集装置(8-1)被设置用于接收所述信号光和所述闲频光中的一个；所述第二收集装置(8-2)被设置用于接收所述信号光和所述闲频光中的另一个；其特征在于，所述第一收集装置(8-1)和所述第二收集装置(8-2)在结构上不对称，其中：仅在所述第一收集装置(8-1)中同时设置有时间滤波单元(9)和空间滤波单元(11)，且所述时间滤波单元(9)位于所述空间滤波单元(11)前方；在所述第二收集装置(8-2)中设置有空间滤波单元(12)；以及，所述第一收集装置(8-1)还包括第一多模光纤；所述第二收集装置(8-2)还包括第二多模光纤。
飞秒激光在BBO晶体中倍频效率的数值计算
飞秒激光在BBO 晶体中倍频效率的数值计算3吕铁铮1) 王 韬2) 钱列加2) 鲁 欣1) 魏志义1) 张 杰1)1)(中国科学院物理研究所光物理实验室,北京 100080)2)(复旦大学先进光子学材料与器件国家重点实验室,上海 200433)(2001年5月15日收到;2001年11月13日收到修改稿) 采用分步傅里叶法对飞秒激光在BBO 晶体中倍频过程的效率进行了数值计算,分析表明这种方法既避免了其他数学方法的繁琐,又直观地展现了倍频过程的物理本质.针对有关实验条件,计算了脉宽为100fs 的激光脉冲通过2mm 长、Ⅰ类相位匹配的BBO 晶体的倍频效率,计算结果与实验上对同样晶体倍频效率的测量是一致的.关键词:飞秒激光,倍频PACC :4260,4255B ,42503国家自然科学基金(批准号:19825110,69878032)和8632410激光高技术主题资助的课题.11引言固体锁模激光技术在过去十年时间里的飞速发展,使飞秒激光已成为人们开展科学研究最常用的工具之一.目前人们不仅通过掺钛蓝宝石激光可以直接产生小于5fs 的激光脉冲[1],而且也在Cr :forsterite[2],Cr :Y AG [3]等一系列宽调谐激光晶体中实现了飞秒锁模运转.但是,上述激光的工作波长均运行在近红外、红外波段,不能满足需要采用更短波长飞秒脉冲进行研究的应用要求.实际上由于倍频后光子能量的增大,其可以更广泛的应用到超快研究中,因此采用非线性晶体进行飞秒脉冲的频率转换,得到不同波长的飞秒激光是人们感兴趣的内容.目前获得短波长飞秒脉冲最直接的方法是倍频自锁模钛宝石激光,如果是腔内倍频,由于腔内具有相对高的脉冲能量,因此为了有效的抑制脉冲展宽,通常采用极薄的非线性晶体;但对于腔外倍频,由于基波功率低,则往往需要一定厚度的晶体才能得到理想的谐波转换效率.我们采用2mm 的BBO (b 2bari 2um borate ,偏硼酸钡)晶体,腔外倍频掺钛蓝宝石激光获得了高达60%的峰值转换效率[4].与普通激光倍频过程不同,超短脉冲由于具有较宽的光谱宽度,因此无论哪种倍频方式,倍频晶体除要求相位匹配外,还应该满足宽带接收要求,即群速匹配,此外脉冲的走离角、脉宽及带宽等因素也是影响倍频转换效率的重要方面.尽管目前人们对稳态激光的频率变换效率已有了比较成熟的研究[5],但由于超短脉冲上述问题的复杂性,采用传统非线性光学的方法在理论分析上仍有一定的困难[6].本文我们通过对飞秒脉冲在BBO 晶体上倍频过程的分析,采用分步傅里叶法(splited F ourier method )进行了倍频效率的数值计算,这种方法不仅避免了其他数学方法的繁琐,而且也直观地展现了倍频过程的物理本质.我们还针对有关实验条件,计算了脉宽为100fs 的激光脉冲通过2mm 长、Ⅰ类相位匹配的BBO 晶体的倍频效率,计算结果与实验上对同样晶体倍频效率的测量是一致的.21飞秒脉冲激光倍频的原理及过程分析 对于脉冲宽度较宽的长脉冲而言,倍频过程可忽略基频光和倍频光群速度的差异,作为稳态问题来解决,而对于超短脉冲,当通过对于非线性晶体时,基波和谐波之间的群速度差异以将严重影响倍频脉冲的形状和效率,所以飞秒脉冲的倍频要满足位相匹配和群速匹配.即有:k (2ω)=2k (ω),(1)d k P d ωω=d k P d ω2ω,(2)其中ω为角频率,k 为波矢量,并有k i =n i ωP c .一第51卷第6期2002年6月100023290P 2002P 51(06)P 1268204物 理 学 报ACT A PHY SIC A SI NIC AV ol.51,N o.6,June ,2002n 2002Chin.Phys.S oc.般而言,三波互作用的相位匹配有两种类型:入射基频光具有相同偏振方向,则为Ⅰ类,反之而为Ⅱ类匹配.考虑最常用的BBO晶体,由于属于是负单轴结构,相位匹配采用Ⅰ类匹配方式,即要求满足0+0→e,n o(ω)=n e(2ω,θ).(3) no,n e分别表示寻常光和异常光的折射率,可以由Sellmeier公式推出,n2e=213753+0101224P(λ2-0101667)-0101516λ2,n2o=217359+0101878P(λ2-0101822)-0101354λ2.(4)其中波长以μm为单位.结合折射率椭球方程n e(θ)=n o n e P n2o sin2θ+n2e cos2θ,可得出相位匹配角关系式为sin2θm=n2e(2ω)[n2o(2ω)-n2o(ω)]n2o(ω)[n2o(2ω)-n2e(ω)].(5) 同时有效非线性系数为d eff I(θ,<)=(d11cos3<-d22cos3<)cosθ+d31sinθ.(6)一般而言,d11=116×10-12m P V,而d22,d31相比小两个数量级,所以只需知道了相位匹配角和切割角后就可以得出特定的BBO晶体的deffI(θ,<).此外晶体的长度对频率变换影响较大,但过长的晶体不可避免的带来了群速失配,相对而言,腔外倍频由于转换效率低,故多选相对较厚的晶体.事实上,在超短脉冲很宽的谱线内,相位匹配和群速匹配无法同时满足,定义群速延迟来描述脉冲在晶体中的展宽Δu-1=u-1ω-u-12ω=β1(ω)-β2(ω).(7) Δu表征了时间对光场的一阶作用,通常定义L gvm=τp PΔu来衡量群速度失配的影响,其中,τp为基频激光脉冲宽度.对于我们实验所采用的飞秒激光器,激光脉冲宽度约为100fs,而BBO晶体的群速度延迟约为Δu=200fs P mm,可以得到L gvm=0.5mm.通常,对于飞秒脉冲,为使谐波脉冲尽可能不被展宽,倍频晶体的长度z应短于Lgvm.严格地讲,在考虑了时间对光场的一阶作用后,还需要考虑高阶色散项.可以推出二阶,三阶等高阶色散表达式为d2<dω2=(2L d n P dω+ωL d2n P dω2)P c,d3< dω3=(3L d2n P dω2+ωL d3n P dω3)P c,(8)其中c为光速,上述d2<P dω2即为群速色散(G VD),它使得基波和二次谐波在BBO晶体内传播时各自展宽并分开.但是,群速度延迟的作用是一阶效应,其影响是主要的,只有当一阶作用为零时,才需要考虑高阶项的作用.而对于我们实验采用BBO晶体和800mm的基频激光波长,基频光和倍频光的色散长度Ldis(ω)m L cry,L dis(2ω)m L cry,所以群速度延迟的影响才是主要因素.31数值求解方法通过以上分析可以得出:首先,群速度延迟的作用是主要的,所以9A P9t等含时项就不可忽略,而高阶色散的作用可以忽略;其次,还应该考虑空间效应的作用,这种空间效应的影响包括光束衍射效应、空间走离效应和调整误差等因素的影响.这些空间作用是可以和时间作用相类比的,但当同时考虑空间和时间效应的影响时,计算工作量将相当大.所以,为了计算方便,同时又物理意义明确,我们将空间作用的影响归于位相失配相Δk,计算采用的耦合波方程为9A19z=i K1A2A31exp(-iΔkz),(9)9A29z+1Δu9A29t=i K2A1A31exp(iΔkz),(10)其中Ai(z,t)为脉冲的电场表达式(i=1,2,对应基波和二次谐波),z为脉冲在BBO晶体的传输距离.对于上述方程,难以得到直接的解析解,在这里采用一种物理过程比较明确的数值求解法,称为分布傅里叶法,为方便计,将改写为如下形式:9A9z=(D(+N()A,(11)式中D(为微分算符,它表示光波传输中的时间作用,而N(为耦合算符,表示非线性相互作用的过程,分步傅里叶法就是假设在传输过程中,光场每通过一小段距离,时间相关作用和非线性过程是分别作用的,即可通过分别计算时间作用和非线性相互作用得到近似结果,所以其数学表示式为A(z+h,T)≈exp(hD()exp(hN()A(z,T).(12)exp(hD()操作傅里叶变换到频域进行,并且显然D(,N(算符非对易,故有Baker2Hausdorf公式,可以确定96216期吕铁铮等:飞秒激光在BBO晶体中倍频效率的数值计算主要误差项来自(1P 2h )[D (,N (],即该算法精确到分步步长h 的二阶项.图1 分步傅里叶法计算倍频过程效率的流程图以上述分析为基础进行编程计算,图1为我们计算算法的流程图.为了使计算对激光实验具有更大的意义,我们利用我们实验室飞秒激光器的典型参数(脉宽约100fs ,中心波长为800nm ,平均功率为117W )对倍频转换效率进行了计算.图2为利用上述数据计算所得的通过BBO 晶体倍频转换效率,其中的实线表示在实际工作状态下,考虑了实际的群速度延迟和位相失配及损耗等的条件下,点线则表示在位相匹配但仍存在群速度延迟的条件下得到的结果,虚线则表示在理想条件下,即位相匹配且无群色度延迟的条件的计算结果.计算结果表明:首先,群速度延迟总体将会导致倍频效率的降低,对于长度为2mm 的BBO 倍频晶体来说,群速度延迟的影响并不非常显著;其次,空间效应的影响通过位相失配量Δk 来表示,在存在空间效应时间样会进一步降低倍频的效率,这和时间作用的影响是相当的;此外,计算得到的倍频转换效率约为η=60%,和实验所得到的结果相符,这也可以间接得到位相失配量Δk 的大小.图3中的实线是脉宽为100fs 的激光脉冲倍频后的脉冲形状.其中的点线表示输入脉冲的形状,虚线则为在小信号且存在群速度延迟条件下的计算结果.可以看出,对于长度为2mm 晶体,由于群速度延迟的存在,激光脉冲的形状将直接影响输出脉冲的宽度,在小信号条件下,高斯型的脉冲输入将逐渐展宽成方型脉冲,而对于工作在高强度的飞秒脉冲,脉图2 100fs 激光脉冲BBO晶体中倍频转换效率图3 100fs 激光脉冲BBO 晶体倍频后脉冲形状冲的宽度和形状也将变化,但并不非常显著.上述计算结果表明:对于飞秒脉冲倍频,其强烈的非线性过程使得倍频主要发生在晶体中初始很短的长度内,所以群速度延迟的影响相对于小信号倍频过程将减弱.通常在选择晶体长度时要求满足L cry ～gvm ,只是对于小信号激光脉冲倍频而言,而对于高强度下的倍频,较长的晶体长度也是适当的,这在以前的文献中是很少认识到这一点的.这也再次证实我们2mm 的晶体长度的选择是恰当的.41结论分步傅里叶法是一种广泛应用于非线性光学中的方法,将它用于飞秒激光倍频的瞬态耦合方程中,在误差可以接受的情况下,既避免了其他方法的繁琐,又揭示了飞秒倍频过程的物理内涵.还值得指出,分步傅里叶法也可以用于研究大气,光纤等各种介质中飞秒脉冲传输问题.721物 理 学 报51卷[1]E ll R ,M orgner U ,K rtnerF X ,Fujim oto J G,I ppen E P ,Scheuer V ,Angelow G,Tschudi T ,Lederer M J ,Boiko A and Luther 2Davies B 2001Opt .Lett .26373[2]Seas A ,Petricevic V and Alfano R R 1993Opt .Lett .18891[3]Sennaroglu A ,P ollock C R and Nathel H 1994Opt .Lett .19390[4]X ia J F ,W ei Z Y and Zhang J 2000Optics &Laser Technology 32241[5]Y ao J Q 1995Nonlinear Optical Frequency Conversion and TunableLasers (Beijing :Science Press )[姚建铨1995非线性光学频率变换及激光调谐技术(北京:科学出版社)][6]Y ao J Q ,Liu H and Ashok P 1995Acta Opt .Sin .6641[7]Y anovsky V P and W ise F W 1994Opt .Lett .231952[8]Andreoni A ,Bondani M and P otenza M arco A C 1998Opt .Com 2mun .154376Calculation of frequency doubling efficiency offemto second pulse s in BBO crystals 3L üT ie 2Zheng 1) W ang T ao 2) Qian Lie 2jia 2) Lu X in 1) W ei Zhi 2Y i 1) Zhang Jie 1)1)(Laboratory o f Optical Physics ,Institute o f Physics ,Chinese Academy o f Sciences ,Beijing 100080,China )2)(State K ey Lab for Advanced Photonic Materials and Devices ,Fudan Univer sity ,Shanghai 200433,China )(Received 15M ay 2001;revised manuscript received 13N ovember 2001)AbstractThis paper presents a calculation of frequency 2doubling efficiency of fem tosecond pulses in BBO crystals using S plited F ouri 2er M ethod.This method can clearly provide physical picture of frequency 2doubling process of fem tosecond pulses ,while keeping calculation sim ple.The calculated conversion efficiency for a 2mm long BBO crystal agrees well with experimental measurements.K eyw ords :fem tosecond laser ,doubled 2frequency PACC :4260,4255B ,42503Project supported by the National Natural Science F oundation of China (G rant N os.19825110,69878032).17216期吕铁铮等:飞秒激光在BBO 晶体中倍频效率的数值计算。
BBO晶体四倍频全固态小功率紫外激光器
BBO晶体四倍频全固态小功率紫外激光器
胡淼;葛剑虹;陈军;刘崇
【期刊名称】《强激光与粒子束》
【年(卷),期】2009(21)2
【摘要】利用KTP晶体和BBO晶体,进行了激光二极管泵浦的Nd;YVO4声光调Q激光脉冲四倍频实验.在不同绿光功率入射时,获得光束的束腰半径和紫外转换效率的依赖关系:当绿光功率为1.10 w,束腰半径为12.4 μm时,得到了210 mw的准连续266 nm紫外脉冲输出,四倍频转换效率为19.1%.实验还对紫外远场光斑分别在o光振动面和e光振动面内进行分析,指出了BBO晶体在该两平面内不同的倍频接受角是造成椭圆形紫外光斑和主光斑附近明暗条纹的主要原因.
【总页数】5页(P203-207)
【作者】胡淼;葛剑虹;陈军;刘崇
【作者单位】杭州电子科技大学,通信工程学院,杭州,310018;浙江大学,现代光学仪器国家重点实验室,杭州,310027;浙江大学,现代光学仪器国家重点实验室,杭
州,310027;浙江大学,现代光学仪器国家重点实验室,杭州,310027
【正文语种】中文
【中图分类】TN241
【相关文献】
1.高功率全固态紫外四倍频激光器 [J], 胡淼;金晶;李齐良;刘崇;葛剑虹;陈军
2.使用BBO晶体内腔倍频环形腔激光器产生紫外激光 [J], 汪晓元
3.高效三倍频全固态Nd∶YAG/LBO紫外激光器 [J], 万云芳;韩克祯;左春华;何京良
4.BBO晶体腔内位置对灯泵Cr:LiSAF激光器腔内倍频的影响的研究 [J], 陈长水;赵柯;王佩琳;谢建平
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bbo晶体的一类相位匹配
bbo晶体的一类相位匹配
BBO 晶体的一类相位匹配在非线性光学领域具有重要的应用。
BBO 晶体是一种具有非线性光学性质的晶体，其基本性质包括具有二次非线性极化率、较宽的透光范围和较长的光学响应时间等。
这些性质使得BBO 晶体成为非线性光学领域的重要研究对象。
BBO 晶体的相位匹配原理是基于非线性光学效应中的二次谐波生成过程。
在一束基频光的作用下，BBO 晶体内部发生电极化，产生第二频光。
通过控制基频光的偏振状态和入射角度，可以实现BBO 晶体的一类相位匹配，从而提高倍频光的转化效率。
BBO 晶体的一类相位匹配条件包括：基频光和倍频光的偏振方向平行或垂直，以及满足相位匹配角要求。
在实际应用中，为了实现高效的非线性光学过程，通常需要通过精确控制温度、压力和光学元件等参数，来达到一类相位匹配的条件。
一类相位匹配在BBO 晶体中的应用包括非线性光学倍频、光参量振荡和光束变换等。
其中，非线性光学倍频是BBO 晶体最典型的应用之一，可以实现红外光向紫外光的转换。
此外，BBO 晶体在光参量振荡和光束变换等领域也有广泛的应用。
BBO 晶体相位匹配技术的未来发展方向主要包括：提高相位匹配效率，实现更高效的非线性光学过程；拓展BBO 晶体的应用领域，如在光通信、光储存和光计算等领域的应用；以及探索新型相位匹配技术，如三倍频和四倍频等。
110.低阈值宽调谐PPLN光参量振荡
文章编号:025827025(2002)0120010203低阈值宽调谐PPL N 光参量振荡梁晓燕,侯 玮,吕军华,许祖彦(中国科学院物理研究所,北京100080)提要 用半导体激光(LD )抽运的声光调Q Nd ∶YVO 4激光器做抽运源,实现了准位相匹配的光参量输出,其调谐范围为11436～117μm 。
非线性光学介质是多周期极化的LiNbO 3(PPLN )。
光参量振荡阈值1013μJ (脉宽22ns ),在抽运光达到阈值313倍的条件下,信号光输出能量4125μJ ,斜效率1215%。
关键词 准相位匹配,周期极化LiNbO 3,调谐中图分类号 TN 248 文献标识码 ALow 2threshold and Wide Tunable PPL N Optical Parametrical OscillatorL IAN G Xiao 2yan ,HOU Wei ,L ¨U J un 2hua ,XU Zu 2yan(Instit ute of Physics ,The Chi nese A cademy of Sciences ,Beiji ng 100080)Abstract A widely tunable quasi 2phase 2matched optical parametric oscillator that uses periodically poled LiNbO 3with a multigrating structure is reported in this paper.With a 1064nm acousto 2optically Q 2switched Nd ∶YVO 4pump laser ,a tunable IR output from 1.436μm to 1.7μm is obtained.The threshold is 10.3μJ with pulses repetition rate 10kHz.The maximum output energy of signal is 4.25μJ with the conversion efficience of 12.5%.K ey w ords quasi 2phase 2matching ,PPLN ,tuning 收稿日期:2000206227;收到修改稿日期:2000212207 基金项目:973国家重点基础研究发展规划项目(课题号:G 199806140525)。
bbo晶体的倍频原理
bbo晶体的倍频原理
倍频原理是基于非线性晶体的电磁波加工原理，是一种可以调节加工
振荡信号的频率的方法。
BBU晶体采用的是倍频技术的原理。
BBU晶体的倍频原理是通过一个反馈回路来工作的，它使加工的振荡
信号在晶体内循环反射，产生一个反馈脉冲经历一个相反的电势，以产生
一定的电压差，这个电压差是基于晶体的介电常数和振荡频率而改变的。
当晶体被电流驱动时，产生的反馈脉冲会允许晶体改变自身的功率及位相，因此可以调整输出振荡信号的频率。
BBU晶体的倍频原理利用了晶体的非线性特性，将振荡信号加工成相
应频率传播出去，而不是直接将原始振荡信号传播出去。
使用倍频技术可
以将电磁波的频率变换成较低或较高的频率，而不会影响信号的性能，这
可以改变振荡信号的频率，使得电磁波可以达到更远的距离。
bbo晶体有效倍频系数
bbo晶体有效倍频系数摘要：1.引言2.BBO 晶体的概述3.BBO 晶体的有效倍频系数4.BBO 晶体的应用领域5.总结正文：1.引言本篇文章主要介绍BBO 晶体的有效倍频系数。
BBO 晶体，即β-BaB2O4(BBO) 晶体，是一种具有优良的非线性光学特性的人工晶体。
在激光技术、光通信和光学信号处理等领域中，BBO 晶体被广泛应用。
而了解BBO 晶体的有效倍频系数，有助于我们更好地利用这种晶体进行相关研究和应用开发。
2.BBO 晶体的概述BBO 晶体是一种人工合成的β相硼酸钡晶体，其化学式为β-BaB2O4。
这种晶体具有很好的透明性、热稳定性和化学稳定性，是一种理想的非线性光学晶体。
BBO 晶体的非线性光学特性主要表现在其二倍频和倍频谐波产生方面，这使得它在激光技术、光通信和光学信号处理等领域具有广泛的应用前景。
3.BBO 晶体的有效倍频系数BBO 晶体的有效倍频系数是指在激光作用下，晶体产生的倍频光功率与入射光功率之比。
这个系数是衡量BBO 晶体倍频效应优劣的重要参数。
有效倍频系数越大，说明晶体的倍频效应越好，产生的倍频光功率越大。
BBO 晶体的有效倍频系数与其晶体结构、光学性质和倍频谐波的产生机制等因素密切相关。
通过对这些因素的研究，可以进一步提高BBO 晶体的有效倍频系数，从而提高其在实际应用中的性能。
4.BBO 晶体的应用领域BBO 晶体在激光技术、光通信和光学信号处理等领域具有广泛的应用。
例如，在激光技术中，BBO 晶体可以用于产生高频谐波，从而扩展激光器的输出光谱范围；在光通信中，BBO 晶体可以用于光信号的倍频调制和解调，以提高光通信系统的传输速率和信噪比；在光学信号处理中，BBO 晶体可以用于光学混频、光学倍频和光学参量放大等。
5.总结BBO 晶体作为一种具有优良非线性光学特性的人工晶体，在激光技术、光通信和光学信号处理等领域具有广泛的应用。
了解BBO 晶体的有效倍频系数，有助于我们更好地利用这种晶体进行相关研究和应用开发。
BBO晶体的应用原理
BBO晶体的应用原理1. 简介BBO（β-BaB2O4）晶体是一种非线性光学晶体，具有较高的非线性光学系数和较宽的适用光谱范围，广泛应用于激光技术、光通信、光子学等领域。
本文将介绍BBO晶体的应用原理及其在不同领域的具体应用。
2. 应用原理BBO晶体的非线性光学效应是其应用的基础。
其主要的非线性光学效应包括二倍频（SHG）效应、倍频（THG）效应以及光参量振荡（OPO）效应。
2.1 二倍频（SHG）效应二倍频效应是指将输入的光波频率翻倍得到新的频率。
当在BBO晶体中输入光波通过二倍频效应时，输出光波的频率是输入光波频率的二倍。
这一效应是非常重要的，它可以将激光器输出的高频率激光转换成更高频率的光线，从而得到更高的光能量。
2.2 倍频（THG）效应倍频效应是指将输入的光波频率倍增得到新的频率。
BBO晶体在倍频效应中起到了关键作用。
通过选择合适的晶体厚度和入射角度，可以实现电光倍频，将输入的光波频率增加一倍或更多。
2.3 光参量振荡（OPO）效应光参量振荡效应是指通过非线性光学晶体的作用，将一个入射激光波分裂成两个具有不同频率的激光波。
当激光波通过BBO晶体时，可以产生一个高频泵浦激光波和一个低频信号激光波。
3. 应用领域3.1 激光技术BBO晶体在激光技术领域有广泛的应用。
通过BBO晶体的二倍频效应，可以实现将激光器输出的激光波频率翻倍，产生更高的激光能量。
此外，BBO晶体还可以作为激光腔内调谐元件，用于调谐激光器输出频率。
3.2 光通信在光通信领域，BBO晶体常用于频率转换和波长调制。
利用二倍频效应，可以将输入的信号激光波频率转换成半导体激光器所需的波长范围。
通过控制晶体的属性，还可以实现调节信号波的光强。
3.3 光子学BBO晶体在光子学中也有广泛的应用。
利用倍频效应，可以实现光子学中的频率转换，扩展光子学光源的应用。
此外，BBO晶体还可以用于非线性光学波导的制备，实现自抗锁定调制器和光开关等器件的制作。
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低功率抽运下BBO晶体倍频过程中热效应
在使用非线性晶体进行光学频率变换时,晶体中的热效应会导致转换效率的降低。
非线性光学晶体吸收部分光能量,引起了晶体中通光区域的温升。
在固定的基频光功率和外部冷却条件下,会在晶体内部形成一个相对稳定的温度场分布,这种局域的温升引起折射率的非均匀变化,进而破坏晶体内的相位匹配条件,同时使得输出光束质量变差,严重时还引起热透镜效应,产生自聚焦而使晶体受到破坏。
本文首先简要介绍了BBO晶体(基频光为1064nm的激光)的物理化学特性、光学特性,特别是倍频的相位匹配、走离效应和可接受温度。
温度对相位匹配的影响可初步由可接受温度反映,因此在晶体长度与有效孔径长度相当的情况下,本文计算了I型倍频的BBO晶体可接受温度,以便为后续分析提供参考。
随后根据麦克斯韦方程组,利用Kleinman近似、慢变条件和近轴近似重新推导了光场耦合波方程,为建立光场与温度场耦合模型奠定了基础。
其次,根据热传导方程分别在各向同性和各向异性条件下建立了温度场耦合方程,并给出各向同性情况下的温度场方程数值解和各向异性条件下的温度场方程求解方案。
针对各向同性条件,阐述了耦合波方程的数值Fourier变换求解方法,并通过相应的理论假设建立了Mathematica算法。
最后,利用数学软件数值模拟了BBO晶体内的倍频过程,得到了基频光和倍频光的振幅和转换效率曲线以及温度场分布;展示了温度场及光场的时间演化过程;分析了抽运功率、晶体长度和入射激光波长对转换效率和温度场的影响。
分析指出,温度分布对转换效率和光束质量都有较大影响,且较为复杂。
通过对相位失配进行补偿,发现转换效率可以基本恢复,光束质量也能得到明显改善。
由此得出,对热效应引起的相位失配进行补偿是改善转换效率的有效途径,因此必须在实际应用中加以考虑。
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