激光倍频
激光倍频技术
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： no > ne
no (θ ) = no
1 cos 2 θ sin 2 θ = + 2 2 2 ne (θ ) no ne
0 L
sin(∆kL / 2) ∆kL / 2
I
L 2ω
sin 2 (∆kL / 2) ∝ E (2ω , L) = E (ω ) (∆kL / 2) 2
2 4
η SGH
I 2Lω ∝ 0 ∝ E 2 (ω )sinc 2 (∆kL / 2) Iω
0 η SGH = ΓIω sinc 2 (∆kL / 2)
I 只有在La内才能有效倍频。对于负单轴I 类相位匹配有：tgα ∝ sin(2θ m负 )
相位失配
入射光束有发散角∆θ，偏离了交点的位置，使得
ω no − ne2ω (θ m + ∆θ ) c 级数展开做近似有：∆k ∝ sin(2θ m )∆θ ω ne2ω (θ m + ∆θ ) ≠ no ，即∆k =
(n0 > ne ) 负单轴 正单轴 (ne > no )
→ e 2ω → o 2ω
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
∆k ≠ 0
§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 θ 的函数，也是ϕ 的函数
激光倍频效率matlab
激光倍频效率matlab
Matlab是一种用于进行科学计算和数据可视化的高级编程语言和环境。
对于激光倍频效率的计算，需要首先了解激光倍频的基本原理。
一般来说，激光倍频是将频率为v0的激光通过非线性晶体，在晶体中产生一系列频率为v0+n*v0的倍频光，其中n为正整数。
然后，通过滤波器选择所需频率的光。
对于倍频效率的计算，其公式一般为：
η=I2I1×100%
其中，I1为基频光功率，I2为倍频光功率。
因此，在Matlab中计算激光倍频效率，可以通过以下步骤实现：
1.获取基频光和倍频光的功率值；
2.使用上述公式计算倍频效率；
3.将计算结果进行可视化处理。
需要注意的是，在实际操作中，还需要考虑其他因素对倍频效率的影响，如激光束的形状、非线性晶体的质量和长度等。
因此，在计算倍频效率时，需要综合考虑各种因素，并进行相应的误差分析。
第30讲 激光倍频技术
2E r , t
0
2P r , t
同样在外界光波电场E的作用下将引起介质内部的极化，产生 极化强度P，考虑到非线性相互作用，极化强度P可以写成：
P PL PNL PL 为线性极化项，PNL为非线性极化项。
上述两个过程互为因果，将两式联立可以解出介质中光场分布
当光电场强度很低时，可以忽略PNL，只保留线性极化PL， 即通常的线性光学
L 0 L 1 L 1 E1 E1 L 0 L 2 L 2 E2 E2
可以看出，由于非线性响应，在非线性介质中感应的极化强度， 不仅有频率1 和 2的分量，还有频率为21 、 2 2、1 2、1 2 的分量以及直流分量。 这些极化强度分量将辐射出相应频率的电磁
k 1 k 1
代入上式，可以得到联立方程组： 设光电场由频率为1 和 2 e 2 r1 r1 0 r1 E t 单色光组成： m i1 t i 2 t r r 2 r Ar 2 E t E e E e c .c . 1 2 2 0 2 1 2
波，这就是非线性光学中的倍频、和频、差频和光整流等光学效应。
10
30.1 非线性极化
三、极化率张量的性质
由极化强度的定义P Ner和P 0 E，可以得到各阶的极化 率为：
2
1
Ne 2 L 0m
线性极化率
Ne 3 A 2 L 2 L 2 倍频极化率 2 0m
对上述方程组求解，可以得到：
9
30.1 非线性极化
r1 t e E1 L 1 e i1 t E2 L 2 e i2 t c .c . m
激光倍频技术-光学频率之舞
激光倍频技术-光学频率之舞什么是倍频激光倍频激光是一种激光器输出的光束经过一个非线性光学晶体或非线性光学材料后，产生的光束频率翻倍的现象。
这个过程叫做倍频（Second Harmonic Generation，SHG），也被称为频率加倍。
在倍频激光中，通常使用非线性光学晶体或材料来实现频率翻倍。
这些材料对于不同频率的光有不同的折射率，因此当原始激光光束通过这些材料时，会发生频率加倍的现象。
具体来说，倍频过程中，两个光子被合并成一个光子，其频率是原始光的两倍。
如将激光倍频是指激光经过倍频晶体（LBO、BBO）生成波长减小一半，频率加倍的激光，晶体对1064nm强光倍频后为532的绿光。
倍频的条件晶体可以找到一个方向，使频率f1的基频激光，和2*f1频率的倍频光，折射率能够相同(光子动量守恒)，这样晶体中就可以存在理想的增益特征长度。
能量能够持续地从f1的基频激光转换到2*f1的倍频光中。
倍频技术的核心原理非线性光学原理在这些过程中是核心，非线性材料或晶体被用来将原始激光的频率改变。
以下是一些常见的倍频技术：二次谐波生成（SHG）：这是最常见的倍频过程之一，其中原始激光的频率翻倍，产生两倍频率的光。
SHG广泛用于激光光源和医学成像。
和频生成（SFG）：两个不同频率的光波通过非线性晶体相互作用，产生一个新的频率，其频率是两个原始频率的和。
SFG在界面科学和光谱学中有重要应用。
差频生成（DFG）：两个不同频率的光波相互作用，产生一个新的频率，其频率是两个原始频率的差。
DFG也用于光谱学和激光源。
光学参量振荡（OPO）：这种特殊的倍频过程中，一个非线性晶体中的激光光子分裂成两个较低频率的光子，同时满足能量守恒。
这通常用于产生可调谐的激光光源激光倍频的好处激光的波长越短，频率越高，光的粒子性越强，穿透力越强，传送完整电磁波的周期越短，激光脉冲的最短时间越短。
脉冲越短，所需要的电磁波的周期越短，频率越高。
这就是为什么皮秒或飞秒激光器的电磁波的频率越高的原因。
激光倍频技术讲解
(n0 ne ) e 2 负单轴 正单轴 o 2 (ne no )
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
k 0
§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
播。当deff=0时，E1,2,3=const，独立传播，无吸收。
§4.2倍频技术
倍频效率
E(ω)~E(2ω)
E (2 , z ) i (2t k2 z ) E (2 , z , t ) e c.c. 2 E ( , z , t ) E ( , z ) e i (t k z ) c.c. 2 Q dE (2 , z ) E 2 ( , z )ei (2 k k2 ) z dz E (2 , L) dE (2 , z ) E 2 ( )eikL /2 L
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 3 1 2 的光电场有： dE1 i1 * deffE2 E3e ikz 其中，n1,2,3为各自的折射率(1,2,3 ) dz n c
§4.2倍频技术
相位匹配条件及其意义
k 0称为相位匹配条件
相位匹配条件的物理意义
1 光子动量守恒 2 相速度相同 E ( )与E (2 )之间的相位差，在转换 过程中保持不变，与z无关 3 折射率相同 要求基频光与倍频光的折射率相等 即无色散
激光频率转换
激光频率转换
激光频率转换是指将一个激光的频率转换到另一个频率。
这在许多应用中都是非常重要的，例如光通信、光谱分析和量子信息处理等领域。
常见的激光频率转换技术包括以下几种：
1. 频率倍频：通过使用非线性光学材料，将激光的频率从原始频率倍增到双倍、三倍甚至更高倍数。
这种方法广泛应用于光通信领域，用于将激光频率转换到可用于光纤通信的波长范围。
2. 频率降频：通过使用非线性光学材料，将激光的频率降低到更低的频率。
这种方法主要用于光谱分析和光学显微镜等领域，以实现对特定频率光的探测和观察。
3. 光学参量放大器（OPA）：OPA是一种基于非线性光学效应的装置，可以将激光的频率转换到更高或更低的频率。
通过调整非线性材料和输入激光的参数，可以实现对激光频率的精确和宽范围控制。
4. 光学参量振荡器（OPO）：OPO也是一种基于非线性光学效应的装置，可以实现对激光频率的转换。
与OPA类似，OPO还可以提供宽范围的频率调谐能力。
这些技术在激光频率转换领域发挥着重要作用，为各种应用提供了灵活性和可调性。
不同的技术适用于不同的频率转换需求，选择合适的技术取决于具体应用的要求和限制。
激光倍频晶体原理
激光倍频晶体原理激光倍频晶体原理是指在激光产生过程中，通过非线性光学效应，将激光的频率倍频或多倍频，从而获得更高频率的激光光束。
激光倍频晶体原理的关键在于非线性光学效应。
在介质中，光的电场与介质中的电子相互作用，导致介质中的电子和光场之间存在一个非线性的关系。
当激光通过一个非线性光学介质时，光的能量可以转移到介质中的电子上，产生新的频率成分，这就是倍频效应的基本原理。
非线性光学晶体是激光倍频中最常用的介质。
这些晶体具有特殊的非线性光学性质，能够在激光通过时发生倍频效应。
最常用的非线性光学晶体有二极管晶体、锂离子晶体和硫化镉晶体等。
激光倍频晶体的使用通常需要遵循一定的条件。
首先，激光的频率必须在晶体的非线性响应范围内。
其次，选择合适的晶体材料和长度，以匹配激光的频率和倍频效应。
此外，还需要适当调整激光的功率和角度，以最大限度地提高倍频效果。
在激光倍频晶体中，最常用的倍频效应是二次倍频效应，即将激光的频率提高一倍。
当激光通过晶体时，晶体中的电子受到激光的电场作用，从而发生弯曲运动。
如果激光的频率在晶体的非线性响应范围内，晶体中的电子可以通过非线性效应，将激光的能量转移到倍频光束上，使其频率加倍。
激光倍频晶体的倍频效果受到多种因素的影响。
首先是非线性光学晶体的性质，包括晶体的非线性系数、透射率和吸收率等。
其次是激光的特性，包括功率、波长、脉冲宽度和重复频率等。
此外，晶体的长度、温度和入射角度等参数也会对倍频效果产生影响。
激光倍频晶体在科学研究和应用领域有着广泛的应用。
例如，在激光器中，倍频效应可以将激光的频率提高到更高的能量级，从而获得更短的脉冲宽度和更高的峰值功率。
这在激光加工、医学和光学通信等领域中都有很大的应用潜力。
此外，在激光光谱分析中，倍频效应也可以用于获得更高分辨率的光谱信息。
总之，激光倍频晶体原理是通过非线性光学效应，将激光的频率倍频或多倍频，从而获得更高频率的激光光束。
这一原理在科学研究和应用中有着广泛的应用前景，并且可以通过调整各种参数来优化倍频效果。
532nm激光倍频原理
532nm激光倍频原理532nm激光倍频原理介绍激光技术作为一种重要的光学技术，在许多领域中都得到了广泛应用。
其中，532nm激光倍频技术是一项重要的技术手段。
本文将从浅入深，逐步解释532nm激光倍频原理。
激光的基本原理1.激光简介：激光是通过受激辐射过程产生的一种高度聚焦的、高能量的、单色的光束。
2.激光产生原理：激光的产生主要由两个过程构成，即受激辐射和放大辐射。
激光倍频技术1.激光倍频简介：激光倍频是指将光波的频率提高到原来的2倍或更高，产生更短波长的激光。
2.532nm激光倍频：532nm激光是一种常见的绿光激光，在许多应用领域中需求较高。
而532nm激光倍频技术可以将其频率提高到原来的2倍，即产生266nm的紫外激光。
532nm激光倍频原理详解1.荧光物质的选择：为实现532nm激光倍频，首先需要选择合适的荧光物质，如β-BBO晶体。
2.波长调节：通过调整激光器的光路和外加电场，将532nm激光的频率调整到特定值，以匹配荧光转化的需求。
3.双倍频效应：当532nm激光通过β-BBO晶体时，由于晶体的非线性光学特性，波长减半，产生266nm的紫外激光。
4.激光束整形：通过使用适当的光学组件，可以对266nm激光进行整形，使其满足具体应用的需求。
应用领域1.生物医学：532nm激光倍频技术在生物医学中广泛应用于显微成像、荧光染料激发等领域。
2.光通信：532nm激光倍频可以提供更高的传输速率和更高的带宽，因此在光通信领域有着重要的应用价值。
结论532nm激光倍频技术是一种重要的激光技术手段，通过选择合适的荧光物质和调节激光波长，可以实现532nm激光频率的加倍，从而产生更短波长的激光。
该技术在生物医学和光通信等领域有着广泛的应用前景。
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2008211402班08211789号高阁
激光倍频演示实验
演示目的
演示激光倍频现象，以期对非线性光学有初步感受。
实验原理
某些晶体在光的作用下，会产生非线性极化，因而可以产生倍频光。
这里展示的是一种腔外倍频的装置。
放在两反射镜间的YAG棒，在光泵激励下发射1.06微米波长的红外激光。
它通过按特定方向切割的碘酸锂晶体（或其它倍频晶体）时，出射的除了1.06微米的激光外，还有波长为0.53微米（为入射光波长的一半，即其频率的一倍）的绿光。
操作说明
1．开总控开关“1”，水泵与风扇工作，频率与预燃指示灯亮；
2．开主电开关“2”，电压表显示电压；3．开放电开关“3”，激光输出。
4．关机时先关放电开关“3”，再关主电开关“2”，最后关总控开关“1”，顺序
与开机相反；
5．遇有紧急情况，可直接关总控开关。
安全注意事项：
1．激光不能直接对准人眼；
2．激光输出方向应放置光屏拦截；
3．电源上的其他按钮不能随意按动。
实验拓展
随着激光技术的发展，激光器件种类也不断增多，但工作波长却还是十分有限。
对于固体激光更是如此，目前固体激光器工作波长主要是0.6943微米和1.06微米。
这远不能满足实际需要。
例如水下通信和探测等工作，需要在水下能传输的激光；而1.06微米和0.6943微米的光，在水下传输性能十分差。
人们利用倍频技术，将1.06微米的红外光转换成0.53微米的绿光，就能较好的适应这种需要。
将0.6943 微米的红宝石激光，倍频后获得强的紫外激光，可适应于某些光化学反应的需要。