實(shí)驗(yàn)五激光倍頻實(shí)驗(yàn)

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1、實(shí)驗(yàn)五連續(xù)半導(dǎo)體泵浦固體激光器腔內(nèi)倍頻實(shí)驗(yàn)＞實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.觀察激光倍頻現(xiàn)象，測(cè)量晶體在不同條件下的倍頻轉(zhuǎn)換效率nSHC。2.通過(guò)實(shí)驗(yàn)找出最佳位相匹配條件。＞實(shí)驗(yàn)原理激光倍頻是指單一頻率的激光入射到非線性光學(xué)介質(zhì)，引起倍頻光輻射的過(guò)程。激光倍頻技術(shù)也稱為二次諧波(SHG)技術(shù)，是最先在實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)的非線性光學(xué)效應(yīng)。1961年由Franken等人進(jìn)行的紅寶石激光倍頻實(shí)驗(yàn)，標(biāo)志著對(duì)非線性光學(xué)進(jìn)行廣泛實(shí)驗(yàn)和理論研宄的開(kāi)端。激光倍頻是將激光向短波長(zhǎng)方向變換的主要方法，已達(dá)到實(shí)用化的程度，有商品化的器件和裝置，獲得非常廣泛的應(yīng)用。紅寶石石1k激光器圖5-1Franken等人1961年進(jìn)行的紅寶石激光倍頻實(shí)驗(yàn)

2、裝置.1.倍頻光輻射倍頻光輻射屬于強(qiáng)光和物質(zhì)相互作用效應(yīng)。其物理機(jī)制敘述如下：當(dāng)光波電場(chǎng)E入射到介質(zhì)中，介質(zhì)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電偶極矩P，從而輻射出相應(yīng)的光波。因此，P為E的函數(shù)：P=f(E),按級(jí)數(shù)展開(kāi)：/^。(/⑴五十，⑺￡2+……+Z(f+……)(5.1)其中&為真空介電常數(shù)，/(/)為極化率張量，此處考慮E的二次項(xiàng)的作用，得：P=ej⑴+ea[2}E；e-i2M+c.c=PL+(5.2)其屮巧與/^分別表示線性與非線性極化強(qiáng)度，在P的表達(dá)式中有項(xiàng)出現(xiàn)，導(dǎo)致相應(yīng)的電磁輻射中就有頻率為2o的光波，這就是倍頻光，也稱為二次諧波。圖5-2倍頻光輻射1.倍頻技術(shù)（1）匹配方式：從與￡（2＞的矩陣關(guān)系式

3、可以看出,）產(chǎn)生的。6⑽是由￡,?￡山?=々）=￡,和按j=k^Wj本k兩種情況劃分：1）平行式：基波的電矢量在某一特定線偏振方向上的分量的平方項(xiàng)產(chǎn)生倍頻極化場(chǎng)。2）正交式：基波的電矢量在兩互相正交的特定偏振方向上的分量的乘積產(chǎn)生倍頻極化場(chǎng)。不同的倍頻晶體其非線性極化系數(shù)矩陣中矩陣元dil的分布不同，應(yīng)采用不同的匹配方式。另外，還有直接關(guān)系到匹配方式的有效非線性系數(shù)def，對(duì)基波波矢k的方位角也有各自程度不同的耍求。這個(gè)問(wèn)題在《激光技術(shù)》中有論述，（2）相位匹配條件：如果對(duì)應(yīng)高能量的基波輸入，在倍頻晶體的另一端只有很弱的二次諧波輸出的話，就失去了激光倍頻的使用價(jià)值。因此，提高基波轉(zhuǎn)化成二次諧

4、波的效率是激光倍頻技術(shù)的關(guān)鍵性問(wèn)題。下面從一個(gè)比較簡(jiǎn)捷的標(biāo)量形式（1類匹配）來(lái)求出倍頻效率IISHG的表達(dá)式:圖5-3倍頻晶體內(nèi)各處產(chǎn)生的二次諧波的相干疊加在晶體中Z處，厚度為dz的一小段內(nèi)感應(yīng)的二次電偶極矩：dP2(0-deffEle”、dz，將輻射和應(yīng)的必?和必?初和位和當(dāng)必2"傳播到/處時(shí)，相位移動(dòng)為S=^-z)k22ndz處的倍頻電矢量dE2MocdP2Moc令：k=k2-2k}=k2(0-2k(0總倍頻電矢量￡2"為晶體內(nèi)各點(diǎn)dE^的迭加：E2m=deff^-iAkeff變形得：E2(0ocdsin(/W/2)AW/2倍頻光強(qiáng):2(y2(oocmax￡2似200(/似)2々2si

5、n(層/2)續(xù)/2sin(⑽/2pAW/2得："5W;co故：k=o,^T：r]SHG=z/max,yp:/2

6、生。(3)相位匹配方法：目前，最常用，最主要的相位匹配方法是：在正常色散范圍，利用各向異性晶體的雙折射效應(yīng)抵消色散，達(dá)到相位匹配的耍求。這也是本實(shí)驗(yàn)所采用的方法。1)角度匹配：將基頻光以特定的角度和偏振態(tài)入射到倍頻晶體，利用倍頻晶體本身所具有的雙折射效應(yīng)抵消色散效應(yīng).角度匹配是高效率產(chǎn)生倍頻光輻射的最常用、最主要的方法。按基頻光電場(chǎng)偏振態(tài)的配置方式，分為平行式和正交式，相應(yīng)的角度匹配稱為I類和II類相位匹配方式。在正常色散條件下，對(duì)于單軸晶體，可以得到相應(yīng)于I類和n類方式匹配角的解析表示式。讓基頻光與倍頻晶體的光軸(Z)形成夾角氏，使由色散造成的AZ:在雙折射現(xiàn)象中得到補(bǔ)償。對(duì)于正常色散的負(fù)

7、單軸倍頻晶體，E"為E0,E2M為Ee，I類匹配方式，則n(0=n()，n2⑴=ne(0)折射率曲面在OZY平面的截面如下圖所示:在P點(diǎn)兩曲線相交：％=即：nW，滿足的相位匹配。么稱為相位匹配角?？捎煞匠探M：1=cos2匕

8、sin2氏2(氏)＜求得不同的相位匹配方式nm的表達(dá)式不同。2)溫度匹配：(0^90°)利用倍頻晶體內(nèi)折射率隨溫度的變化關(guān)系的特性，使當(dāng)T=Tpm時(shí)，達(dá)到相位匹配，Tpm為匹配溫度。溫度匹