自聚焦透镜与倍频晶体构成的激光谐振腔
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
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
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，?
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，（Y AG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。（Y AG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（Y AG），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
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：
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.wendangku.net/doc/8410724791.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
光学谐振腔的分类之一
光学谐振腔的分类之一 腔内傍轴光线几何逸出损耗的高低：稳定腔、非稳腔、临界腔。 稳定腔：腔内傍轴光线经过任意多次往返传播而不逸出腔外的谐振腔。 非稳腔：腔内光线经过有限次往返传播后逸出腔外的谐振腔。 临界腔：能够保证截面平行于反射镜面的光束在反射镜间传播不逸出。 什么样几何形状的谐振腔？共轴球面腔的三个参数：腔镜的曲率半径R 1、R 2、腔长 L 需要满足什么样的条件呢？ 本节讨论光学谐振腔的稳定性条件。 1.共轴球面谐振腔的稳定性条件 光线在球面谐振腔内往返n 次的光学变换矩阵： = 往返n 次后光线的空间位置坐标与方向坐标： 如果在无论n 取多大值、任何值的情况下，An 、Bn 、Cn 和Dn 都是在一定范 围内的有限值，那么 和 就是有限值，只要反射镜的镜面横向尺寸足够大，就可以保证傍轴光线在腔内往返任意次、无限次而不会从侧面逸出。 从M n 的表达式中可以看出，角度 的大小对矩阵中的四个元素An 、Bn 、Cn 和Dn 起着决定性的作用。 和 取值大小，反映的是光线偏离光轴能力的大小，即造成激光几何 损耗的大小。 下面我们就分三种情况对 角的取值加以讨论，并希望能从中寻找出谐振腔的稳定性条件。 n n n n n A B M C D ??=?????? ? ???----???? ???)1sin(sin sin sin )1sin(sin sin 1n n D n C n B n A 1111n n n n n n r A r B C r D θθθ=+?? =+? ?n r n θn r n θ????? ??? ??? - --=+-=-=-=1212121222)21)(21() 11(24)1(221R L R L R L D R R R R L C R L L B R L A
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
激光谐振腔的模式计算研究
激光谐振腔模式研究的MATLAB 实现 光信1001班 刘吉祥 U201013222 摘要：谐振腔内的模式计算是分析激光器输出光束质量的前提和基础。本文在matlab 环境下，采用Fox_Li 数值迭代法计算了条形腔、矩形腔、圆形腔、倾斜腔的自再现模的振幅分布和相位分布，并比较了腔形、菲涅尔数、初始光强分布、倾斜扰动等因素对最终模式的影响，具有一定的实际应用价值。 1. 原理说明 设初始时刻在镜I 上有某一个场分布1u ，则当波在腔中经第一次渡越而到达镜II 时，将在镜II 上形成一个新的场分布2u ，场2u 经第二次渡越后又将在镜I 上形成一个新的场分布3u 。每次渡越时，波都将因为衍射损失一部分能量，并引起能量分布变化，如此重复下去……由于衍射主要是发生在镜的边缘附近，因此在传播过程中，镜边缘附近的场将衰落得更快，经多次衍射后所形成的场分布，其边缘振幅往往都很小（与中心处比较），具有这种特征的场分布受衍射的影响也将比较小。可以预期：在经过足够多次渡越之后，能形成这样一种稳态场：分布不再受衍射的影响，在腔内往返一次后能够“再现”出发时的场分布，即实现了模的“自再现”。 光学中的惠更斯—菲涅尔原理是从理论上分析衍射问题的基础，该原理的严格数学表示是菲涅尔—基尔霍夫衍射积分。设已知空间任意曲面S 上光波场地振幅和相位分布函数为),(y x u '',由它所要考察的空间任一点P 处场分布为),(y x u ，二者之间有以下关系式： ??+=-S ik dS e y x u ik y x u ')cos 1()','(4),(θρπρ 式中，ρ为),(y x ''与),(y x 连线的长度，θ为S 面上点),(y x ''处的法线和上述连线之间的夹角，s d '为S 面上的面积元，k 为波矢的模。 本文采用Fox —Li 数值迭代法实现了条形腔、矩形腔、圆形腔、倾斜腔的自再现模的形成。 2. 实现方案 2.1条形腔 条形腔是一种理想模型，即一个方向有限长，而另一个方向上无限延伸的腔形，故只在长度有限的那个方向上发生衍射现象，迭代公式为一维的菲涅尔—基尔霍夫衍射积分：
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
LD侧面泵浦全固态激光倍频和声光调Q实验
实验名称：LD侧面泵浦全固态激光倍频和声光调Q实验 实验目的 1、掌握LD侧面泵浦全固态激光器的基本原理和调试方法。 2、掌握声光调Q的基本原理及输出特性。 3、掌握激光倍频原理及影响倍频的基本因素。 实验原理 1、激光产生的条件 ①数反转分布一般情况下介质中的粒子数在能级上呈N1 g1 > N2 g2 样分布状态，即较低能量的-个能级的粒子数大于具有较高能量的一个能级的粒了数。要产生激光，激光介质能级粒子数分布必须处于反 转分布N1 g1 < N2 g2 ，称这种状态的物质为激活物质。 ②减少振荡模式数激光器是通过光学谐振腔来达到减少振荡模式数的。 ③起振条件—阈值条件若激光器由反射率分別是R1、R2的两面镜子和长度为L的激活材料构成。设g为在反转的激光材料中单位长度的增益系数，a为单位长度的吸收损耗系数。则每次通过激光材料，其强度变化为exp(g-a)2L。阈值条件为R1R2exp(g-a)2L=1。 ④增益饱和效应—稳定振荡条件当入射光强度足够弱时增益系数与光强无关，是一个常量；当入射光强大到一定的程度，增益系数将随光强的增大而减小，产生增益饱和效应。 2、调Q技术 声光调Q是利用光的衍射效应实现调Q的。利用光的衍射现象，光
束偏离，达到声光调Q的目的。一束光通过由声控的相位光栅时，就会发生衍射，这就是声光效应。在激光器的光学谐振腔中，放入一个声光调制器，当有超声波作用在调制器上时，由于声光效应，激光束就会发生衍射，偏离谐振腔，从而使激光停止振荡。当超声波消失后，损耗消失，形成振荡，产生巨脉冲输出，完成超声调Q作用。 实验内容 1、测量连续Nd3+:YAG激光器电流和功率的关系曲线 2、测量连续倍频Nd3+:YAG激光器电流和功率的关系曲线 3、测量准连续声光调Q Nd3+:YAG激光器单脉冲能量 4、测量准连续声光调Q倍频Nd3+:YAG激光器频率为5KHz、11KHz、35KHz时激光输出功率随电流的变化曲线 数据记录及处理 1、连续Nd3+:YAG激光器电流和功率的关系曲线
倍频效应(二次谐波)
精心整理 精心整理 倍频现象的理论解释 线性光学效应的特点：出射光强与入射光强成正比；不同频率的光波之间没有相互作用，没有相互作用包括不能交换能量；效应来源于介质中与作用光场成正比的线性极化。 非线性光学效应的特点：出射光强不与入射光强成正比（例如成平方或者三次方的关系）；不同频率光波之间存在相互作用，可以交换能量；效应来源于介质中与作用光场不成正比的非线性极化。 倍频效应是非线性的光学效应，当介质在光波电场的作用下时，会产生极化。设P 是光场E 在介质中产生的极化强度。 对于线性光学过程：P= 对于非线性光学过程：P 可以展开为E 的幂级数： 其中：，…，n 阶非线性极化强度。为n 阶极化率。 正是这些非线性极化项的出现， 度所导致产生的： 设光场是频率为、波矢为的单色波，即： 则中将出现项： 该极化项的出现，可以看作介质中存在频率为的振荡电偶极矩， 的倍频光。 介质产生非线性极化：从微观上看，非线性是由原子、分子非谐性所造成的。物质受强光作用后，电子发生位移x ，具有位能V(x)+x 和-x 相对应的位能并不相等，即：V(+X)≠V(-x)，因而位能函数V(x)应该包含奇次项： 当D 时，正位移引起的恢复力大于负位移引起的恢复力。如果作用在电子上的电场力是正的，则会引起一个相对较小的位移；反之，则会引起一个相对较大的位移。那么，电场正方向产生的极化强度就比电场反方向产生的极化强度小。这就使得非线性极化的产生。 有了非线性极化，那么，一个给定的强光波电场对应的极化波就是一个正峰值b 比负峰值b ’小的非线性极化波： 而根据傅里叶分析，任何一个非正弦的周期函数，都可以分解成角频率为、2、3、…的正弦波。所以强光波电场在介质中引起的非线性极化波，可以分解成为角频率为的基频极化波，角频率为的二次谐频极化波，以及常值分量等成分。而其中角频率为2 的二次谐波，就是倍频光。 倍频转换效率：在发现倍频效应初期，产生二次谐波的效率是非常低的约为数量级。这么低的转化效率对于倍频效应的应用来说，是一个巨大的障碍！ 经过后来的科学工作者的大量工作，得到了二次谐波产生的耦合波方程的一般解。在这里，我们仅给出一个通过耦合波方程近似解得到的倍频转换效率的表达式：
倍频激光器的设计
目录 第1章概述 (1) 第2章光倍频原理与技术....................... 错误！未定义书签。 2.1光倍频原理............................. 错误！未定义书签。第3章脉冲紫外激光器的设计 (4) 3.1被动调Q基础........................... 错误！未定义书签。 3.2被动调Q获得基频光..................... 错误！未定义书签。结论. (8) 参考文献 (3)
第1章概述 在被动调Q理论的指导下，充分考虑了被动调Q晶体Cr:YAG的激发态吸收效应对脉冲激光器性能的影响，延伸了Degnan的被动调Q优化理论，直接给出了优化设计过程中我们最关心的被动调Q晶体的小信号透过率与输出耦合镜的透过率关系，简化了设计程序。在高斯光束倍频理论的指导下，改进了传统的聚焦方式，使结构更为紧凑下，获得了更高的紫外功率输出，并且该结构可同时满足三倍频，四倍频的要求。在连续紫外的研究中，充分考虑到激光器输出镜的最佳透过率与倍频转换效率之间的关系，并由此优化倍频晶体长度。 采用简单的两镜腔结构，将二倍频、三倍频频率变换晶体同时放在腔内，还实现了355nm连续激光的输出。LD泵浦全固态激光器从二十世纪八十年代以来获得长足的进步，紫外激光器因其在人眼安全波段，光刻的主要光源等重要应用，一直以来就是人们研究的热点。 因此，发展激光产业将带动传统工业的改造和发展。加速我国国防技术的现代化激光技术在军事上已应用于测距、指向、制导、通讯及战术武器等，为改善武器装备的性能，提高命中率和可靠性，起到重要的作用，并有一定数量的产品出口。 图1-1自动加湿器功能原理图；2.2实现方式；要达到自动加湿器功能要做好硬件和软件设计和调试三；本系统分信号的主要有温度传感器的输入信号和单片机；2.3理论基础；2.3.1单片机；T89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除；图2-1AT89S51芯片引脚图；AT89S51共有40个引脚，大致可分为4类：电； 2.3.2DS18B20传感器；传感器是一种按 图1-1 自动加湿器功能原理图 2.2 实现方式 要达到自动加湿器功能要做好硬件和软件设计和调试三个方面的工作。首先硬件方面，通过合理的设计单片机管脚及其他外围电路的链接，使之既有I/O口的功能，又有控制型号的功能。由于时间仓促，没有找到合适的水位传感器，在开发过程中利用三个按钮开关代替水位传感器分别代表高、中、低水位，而加湿器开关则由一发光二级管代替，在方正过程中更容易观察系统开发效果。这方面的内容详见硬件设计部分内容。其次软件方面，通过合理设计软件的结构和安排子程序，使程序以
怎样为激光器选择合适晶体
怎样为激光器选择合适晶体(图) 发布时间：12-02-22 来源：点击量：5367 字段选择：大中小 角度调整 为了获取最大的转换效率, 角度调整是最常见的方法来达相位匹配方向. 现有两轴来调整晶体角度如图中所示. Crystal Angle Tilting 点击此处查看全部新闻图片 NLO晶体主要是按普通的晶体平面方向切割, 所以调动n轴对提高转换效率并没有帮助. 然而在调动m轴, 一般为打点面, 则有明显的不同效果. 客户们必须在转动m轴时加倍留意. 最佳晶体尺寸和切割 当选择NLO晶体时, 请尽量提供晶体的切割角度和尺寸. 不同的角度定向主会产生不同的非线性效果. 例如在I 类倍频1064nm时, BBO的切割角度为θ=22.8度和Φ=0度.备注:θ为光轴和通光方向的极角. 而Φ则是与X轴和通光方向在XY平面上的投影方位角.
晶体中的坐标图(K为光入射方向) 点击此处查看全部新闻图片 对于晶体尺寸, 一般是分为宽度(W), 高度(H)和长度(L), 常用写法是W×H×Lmm3. 晶体尺寸请小心设计因为价格和体积是成正比, 而且晶体长度是直接影响转换效率的关键. 至于晶体高度(H), 激光光束直径是为主要考虑因素.最理想的高度是比光束直径稍为大一点如长1到2mm左右. 晶体尺寸图 点击此处查看全部新闻图片 当设计理想晶体宽度时, 光束宽度和可调波长范围为主要考虑条件. 如是一单向NLO过程,例如是倍频532nm, 我们会选择W=H. 但如是可调的广阔波长NLO过程, 在染料激光器中用BBO作倍频440nm到660nm作例子, 晶
体就需要从θ=36度调至θ=66.6度. 宽度(W)可由公式:H+2tan((66.6-36)/2)×L, 如设晶体高度(H)为4mm和长度(L)为7mm, W则大约是8mm左右. 每一NLO晶体都有其标准作为激光倍频时脉冲宽度长于奈秒(ns)的长度. 例如,BBO和KTP的标准长度为7mm和5mm. 然而在OPO和OPA中,BBO所需要的长度则为>12mm, 而在超快脉冲激光中的SHG和THG则要使用薄片晶体小于1mm.
激光倍频实验讲稿汇总
全固体（腔内/腔外）激光倍频实验 一、实验目的和内容 1. 了解全固体激光器的特点， 学习工作物质的入射端面与输出镜构成的谐振腔的激光 器的调节； 2. 掌握“倍频”的概念，了解倍频技术的意义； 3. 基本掌握非线性晶体的长度，有效非线性系数，相位匹配因子对非线性转换效率的 影响规律； 4. 要求学生每人至少调节一次激光器，观察基频光1064nm 的输出情况，理解激光模式 的含义； 5. 调节非线性晶体，观察倍频光532nm 绿光的输出情况。 二、实验原理 非线性光学基础 光与物质相互作用的全过程，可分为光作用于物质，引起物质极化形成极化场以及极化场作为新的辐射源向外辐射光波的两个分过程。 原子是由原子核和核外电子构成。当频率为ω的光入射介质后，引起其中原子的极化，即负电中心相对正电中心发生位移r ，形成电偶极矩 r m e =， （1） 其中，e 是负电中心的电量。我们定义单位体积内原子偶极矩的总和为极化强度矢量P ， m P N =， （2） N 是单位体积内的原子数。极化强度矢量和入射场的关系式为 +++=3)3(2)2()1(E E E P χχχ （3） 其中χ（1），χ（2），χ（3），…分别称为线性极化率，二级非线性极化率、三级非线性极化率…，并且χ（1）>>χ（2）>>χ（3）…。在一般情况下，每增加一次极化，χ值减少七八个数量级。由于入射光是变化的，其振幅为E ＝E 0sin ωt ，所以极化强度也是变化的。根据电磁理论，变化的极化场可作为辐射源产生电磁波——新的光波。在入射光的电场比较小时（比原子内的场强还小），χ（2），χ（3）等极小，P 与E 成线性关系为P ＝χ（1）E 。新的光波与入射光具有相同的频率，这就是通常的线性光学现象。但当入射光的电场较强时，不仅有线性现象，而且非线性现象也不同程度地表现出来，新的光波中不仅有入射光波频率，还有二次谐波、三次谐波等频率产生，形成能量转移，这就是所谓的频率变换。这也是为什么在高强度的激光出现以后，非线性光学才得到迅速发展的原因。
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
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
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)