LBO晶體非線性光學效應(yīng)答辯thtrfg課件

導師：王愛坤教授LBO晶體I類共線倍頻相位匹配下轉(zhuǎn)換效率的研究班級：0913學生：張鑫學號：0020091305立題背景及現(xiàn)狀

自上世紀60年代激光器問世后，人們才發(fā)現(xiàn)了非線性光學效應(yīng)，變頻技術(shù)也得到了快速發(fā)展，特別是到了20世紀80年代，新型非線性光學材料BBO、LBO晶體的發(fā)現(xiàn)更是加快了非線性光學的發(fā)展進程。提高變頻轉(zhuǎn)換效率是變頻技術(shù)永久主題，影響轉(zhuǎn)換效率的因素很多，如折射率、走離角、互作用角、有效非線性系數(shù)等。由于計算繁雜，目前理論或數(shù)值計算只考慮了有效非線性系數(shù)的影響，走離角等因素只是做了定性的分析，本文通過耦合波方程考慮所有因素，將定量的研究這些因素對LBO晶體倍頻轉(zhuǎn)化效率的影響。主要內(nèi)容第一部分LBO晶體I類共線匹配下走離角的數(shù)值計算第二部分LBO晶體I類共線匹配下折射率的數(shù)值計算第三部分LBO晶體I類共線匹配下互作用角的數(shù)值計算第四部分根據(jù)耦合波方程數(shù)值計算轉(zhuǎn)換效率LiB3O4簡稱LBO晶體，是負雙軸晶體，具有良好的理化性質(zhì)、有較好的光學均勻性，允許角大，走離角小。具有廣闊的應(yīng)用范圍，具有較高的激光損傷閾值(25GW/cm2（

=1064nm))晶體結(jié)構(gòu)及對稱性：屬于正交晶系，mm2點群晶格常數(shù)：a=0.84473nm，b=0.73788nm，c=0.51395nm熔點：834℃LBO晶體簡介和（倍）頻轉(zhuǎn)換效率若不考慮三波走離共線情況下，倍頻轉(zhuǎn)換效率公式：和頻轉(zhuǎn)換效率公式：雙軸晶體相位匹配基本理論根據(jù)和（倍）頻轉(zhuǎn)換效率公式可知，當三波的波矢滿足滿足相位匹配條件。對于LBO晶體共線倍頻相位匹配，有兩類：Ⅰ類相位匹配：根據(jù)波矢和折射率的關(guān)系可知：Ⅱ類相位匹配：耦合波方程根據(jù)三波耦合波方程組：走離角雙軸晶體中，快光和慢光的電位移矢量是相互垂直的，并且都與波矢垂直。因此，慢光和快光走離示意圖如圖：LBO折射率的計算根據(jù)菲涅爾公式：可得：LBO一類倍頻匹配角基頻光波長為1064nm，LBO晶體I類倍頻共線匹配時的匹配角數(shù)值:一類倍頻相位匹配下基頻光和倍頻光的折射率在匹配角范圍內(nèi)，LBO晶體1604nm慢光折射率范圍為：1.5905～1.6055；LBO晶體532nm快光折射率范圍為：1.5824～1.6065，基頻慢光和倍頻快光折射率隨匹配角得變化曲線如圖：LBO晶體I類共線匹配下走離角基本公式可推導走離角公式為：式中LBO晶體在Ⅰ類倍頻匹配范圍內(nèi)1064nm慢光走離角

數(shù)值求解上述方程組，可得計算結(jié)果：1604nm慢光的最大走離角為1.35°LBO晶體在Ⅰ類倍頻匹配范圍內(nèi)532nm快光走離角

532nm快光的最大走離角為1.52°。LBO晶體I類共線匹配下互作用角的數(shù)值計算兩基頻慢光與倍頻快光之間的互作用角，并且滿足：LBO晶體在Ⅰ類倍頻匹配范圍內(nèi)兩基頻慢光與倍頻快光的互作用角范圍為：0~1.15°，如圖：LBO晶體I類共線倍頻相位匹配下耦合波方程數(shù)值求解

根據(jù)三波耦合波方程組：為方便起見，在求三波耦合波方程時設(shè)：設(shè)為各波垂直于主平面內(nèi)光矢量的分量，為各波平行于主平面內(nèi)光矢量的分量，則三波耦合波方程變?yōu)椋喝∵吔鐥l件（單位：）：幾個代表性匹配方向的第三波振幅隨著傳播距離的變化曲線：直線斜率的絕對值大小隨匹配角的變化曲線

直線斜率平方隨匹配角的變化曲線

圖4LBO晶體基頻波長1064nm的類倍頻在通光長度為20mm時，振幅與匹配角變化關(guān)系

在通光長度為20mm時，轉(zhuǎn)換效率與匹配角變化關(guān)系

以配角42°為例，其它匹配方向都有類似的規(guī)律，即效率正比于通光長度的平方:研究結(jié)論計算結(jié)果顯示轉(zhuǎn)化效率主要取決于有效非線性系數(shù)。在不同的匹配方向上，走離角、互作用角、折射率對轉(zhuǎn)化效率影響不同，在匹配角為18°時影響最大，與不考慮這些影響時相對誤差約4.7%?？紤]走離角、互作用角、折射率影響后，在晶體長度為20mm時，在匹配角為42.2°時轉(zhuǎn)化效率最高，約為3.35%。發(fā)表論文1、張鑫，王愛坤，薛建華，宋臻.LBO晶體Ⅰ類倍頻相位匹配轉(zhuǎn)換效率的數(shù)值計算.激光與光電子學進展.2011.48.1216022、宋臻，王愛坤，薛建華，張鑫.KBe2BO3F2晶體倍頻非共線匹配研究,人工晶體學報[已錄用]3、宋