双轴晶体中非共线相位匹配二次谐波产生现象分析

激光束与其散射光束在晶体中发生非线性和频作用，在满足非共线相位匹配条件时，可观察到二次谐波环的现象。本文以拆射率主轴坐标ｘｏｚ平面为例，推导出了双轴晶体中环参数的近似表达式。并用计算机得出了精确数值解，与实验观察到环的形状完全一致，提出了一种寻找最佳二次谐波产生方向的方法。     

二次谐波产生过程中准相位匹配条件的研究

从耦合波基本方程出发,在实空间严格推导出二次谐波产生(SHG)过程中的准相位匹配(QPM)条件.讨论了满足QPM条件时,SHG的转换效率以及相位失配角随波传播距离的变化.着重研究了非线性极化率的周期性调制对提高SHG转换效率的贡献.     

晶体球中非相位匹配二次谐波产生及最佳聚焦条件

晶体球法是近年来在国际上发展起来的一种测量非线性系数的新方法。根据聚焦高斯光束二次谐波产生的孔径方程理论,分析了晶体球中的第Ⅰ类非相位匹配二次谐波产生过程,讨论了晶体球中第Ⅰ类非相位匹配二次谐波最佳聚焦参数的选择。报道了LiNbO3晶体球中皮秒激光脉冲抽运的相位匹配二次谐波实验。所得结果与理论预计相符。     

二次谐波产生中入射啁啾脉冲对相位的影响

讨论了基波为叔率啁啾脉冲的二次谐波产生过程，结果表明选取合适的啁啾参量可以提高二次谐波的光强，但同时会使其波形和相位发生变化，三次相位的畸变主要取决于入射的基波啁啾脉冲，而与相位匹配的失谐量关系不大。     

全硅光子晶体波导中二次谐波产生及影响因素

硅材料是半导体微细加工工艺中的常用材料,属于m3m对称点群,通常无法实现二次谐波产生,导致光子系统芯片中的非线性组件集成困难.提出一种在硅材料中可以实现二次谐波产生光子晶体波导结构.首先给出该波导结构的组成及其基本原理,然后讨论谐波产生的计算模型和计算方法,最后给出针对10.6 μm波长而设计的全硅二维光子晶体波导具体结构参数,以有限时域差分算法为基础,计算分析了谐波产生情况.研究结果表明:该结构利用光子晶体带隙边缘效应增强了硅材料的电四极极化强度从而实现二次谐波产生,在完全相位匹配条件下,当抽运波强度为1.3 MW/mm2时,转换效率为0.2%.最后,对影响谐波转换效率的因素进行了初步分析.     

双轴晶体主平面上倍频的相位匹配参量

根据折射率椭球方程及双光轴晶体中光波的传播与偏振特性，分析双轴晶体在主平面内激光倍频相位匹配的特性与方法，导出光波在主平面上传播时倍频的相位失配关系；给出双轴晶体中容许相位匹配倍频的相位匹配角及混频的有效非线性系数deff的表达式。利用可相位匹配的类型、相位匹配角公式和有效非线性系数deff表达式的表，容易对任意一具体晶体在一给定波长求出实际能实现相位匹配的类型或偏振组合，算出相位匹配角，比较不同的相位匹配类型或偏振组合的有效非线性系数，选择最佳的相位匹配类型与方向。从相位失配关系可以计算晶体主平面内倍频的接收角、接收光谱宽度等特性参量。     

晶体球法直接测量KTP晶体第Ⅰ类相位匹配曲线

报道了35ps激光脉冲射入直径为10mm KTP昌体球的第Ⅰ类相位匹配二次谐波产生实验,根据二次谐波产生转换效率直接测量了KTP晶体的第Ⅰ类相位匹配曲线及相应的有效非线性系数,并与6组色散方程给出的理论匹配曲线比较,指出Vanherzele的公式优于其他五组。     

相位畸变光束二次谐波的相位变化

研究了基波相位畸变对二次谐波相位分布的影响。针对具有不同像差、而光强分布为高斯型光束，以KDP晶体I类匹配为例，数值计算得到其二次谐波光束的光强分布和相位分布，分析了基波的像差、离散效率以及衍射效应的影响效果。研究表明不同的像差对于谐波的影响是不同的，主要取决于由其引起的全口径上相位失配的情况；离散效应主要带来的是倾斜像差，其高阶像差的影响随着离散效应的加剧而增大；而衍射效应的影响在一般情况下都是可忽略的。最后给出了在离散效应和衍射效应的影响可以忽略的情况下，基波相位畸变对二次谐波影响的近似估算式。     

氮化铝薄膜中的二次谐波产生

利用X射线衍射技术对用直流反应磁控溅射技术沉积在蓝宝石基底(100)晶面上的氮化铝(AIN)薄膜进行了晶体结构分析,对X射线衍射图样的分析结果表明：用该法沉积在蓝宝石基底(100)晶面上的AIN薄膜为单晶膜;利用脉宽为10ns、重复频率10Hz、最大平均功率为20W、单脉冲的最大能量为2J的Nd：YAG脉冲激光器对其进行了二次谐波产生的实验研究,对实验结果进行分析表明：沉积在蓝宝石基底(100)晶面上的AIN薄膜能在一个很宽的入射角度范围存在有效二次谐波的输出;且输出的二次谐波功率相对于AIN薄膜的表面法线成对称分布,这表明该AIN薄膜的表面法线方向即为AIN的光轴方向。     

双波长双脉冲激光三次谐波的产生方法

提出双波长双脉冲激光产生三次谐波的方法。波长不同的两脉冲激光束由反射使它们合拢后通过两块非线性的BBO晶体 ,激光脉冲第一次通过BBO晶体产生两波长的二次谐波 (SHG) ,它们由各自的反射镜反射再次通过BBO又产生了二次谐波 ,这两次产生的二次谐波和基波通过用于产生三次谐波的BBO晶体可产生双波长的三次谐波 ,它们由 45°斜置的耦合镜输出。文中分析了满足二次谐波和三次谐波的四个相位匹配的条件 ,该方法也可用于腔内双波长双脉冲的三次谐波激光的产生 ,给出了相应的实验结果。     

LiNbO3波导中切伦科夫辐射型的倍频

对条波导中切伦科夫辐射型的倍频作了简要分析，着重分析了产生切伦科夫辐射倍频的，工从实验上实现了条波导中１．０６μｍ红外光到０．５３１ｍ绿光的倍频辐射，转换效率为的０．９％，对应的输入光功率为１０ｍＷ。     

Phase Matching of SHG in Arbitrary Directions of Biaxial Crystals

In this paper, propagation and polarization characteristics of optical waves in arbitrary directions in a biaxial crystal are analyzed, and universal relationships of refractive index dependence on their propagation directions and the principal refractive indices for two perpendicular polarization waves propagating in arbitrarily directions are derived from indicatrix equation. By using these relationships, methods of collinear phase matching (PM) of SHG are developed, and general expressions of the collinear PM angle dependent of the principal indices are given for SHG in arbitrarily directions. The expressions may be used to make optimization design of PM by computer for the SHG and to select optimum PM direction and to raise the SHG conversion efficiencies.     

Phase Matching of SHG in Arbitrary Directions of Biaxial Crystals

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｓｅｖｅｒａｌｂｉａｘｉａｌｃｒｙｓｔａｌｓ ,ｓｕｃｈａｓＫＴＰ ,ＬＢＯ ,ｈａｖｅｓｏｍｅｅｘｃｅｌｌｅｎｔｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ,ｓｕｃｈａｓｌａｒｇｅｎｏｎｌｉｎｅａｒ (ＮＬ )ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ,ｗｉｄｅｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｒａｎｇｅｓｏｆｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ,ａｎｄｅａｓｉｌｙｇｒｏｗｉｎｇｌａｒｇｅｓｉｚｅｃｒｙｓｔａｌｗｉｔｈｈｉｇｈｑｕａｌｉｔｙ .Ｔｈｅｂｉａｘｉａｌｃｒｙｓｔａｌｓｈａｖｅｂｅｅｎｅｘｔｅｎｓｉｖｅｌｙｕｓｅｄｉｎｌａｓｅｒｆｒ…     

Quasi phase matching in two-dimensional nonlinear photonic crystals

We analyze quasi-phase-matched (QPM) conversion efficiency of the five possible types of periodic two-dimensional nonlinear structures: Hexagonal, square, rectangular, centered-rectangular, and oblique. The frequency conversion efficiency, as a function of the two-dimensional quasi-phase-matching order, is determined for the general case. Furthermore, it is demonstrated for two basic feasible motifs, a circular motif and a rectangular motif. This enables to determine the optimal motif dimensions for achieving the highest conversion efficiency. We find that a rectangular motif is more efficient than a circular motif for quasi-phase-matched processes that rely on a single reciprocal lattice vector (RLV), and that under optimal choice of motif dimensions, it converges into a one-dimensional periodic structure. In addition, in a few specific cases we found that higher order QPM can be significantly more efficient than lower order QPM.     

周期极化KTiOPO4晶体连续倍频绿光输出

采用外加电场极化方法，在Z切1mm厚的KTiOPO4晶体中实现了周期性极化反转。晶体的极化反转周期为9．0／μm，相互作用长度为3mm。波长为1．064μm的基频光功率为900mW，晶体中心温度为32℃时，获得0．532μm、22μW的倍频绿光输出，二次谐波转换效率为0．0024％。     

Optimum phase matching and effective nonlinear coefficients of LBO and KTP for continuously changing wavelength

In this paper, the optimum phase matching and the effective nonlinear coefficient of KTP and LBO type I and type II were calculated in continuously changing wavelength by the method using Miller rule and Sellmeier equation. The difference of the effective nonlinear coefficients calculated by the proposed method and the approximate method was discussed. The results show that the approximate calculations using the value of 1.064 μm wavelength will yield greater errors in frequency conversion. The results presented in the paper are in accordance with the experiment results.     

消荧光现象与表面谐波产生

消荧光现象是激光与物质表面非线性相互作用的结果，这是一种普遍现象。在表面谐波产生的研究中，它常常被忽略。大量研究表明：表面谐波产生与消荧光现象，有着密切的内在联系。本文以消荧光观点详细讨论了表面谐波产生的机制，提出了表面谐波产生的消荧光模型。新机制可归纳为：（ａ）多光子受激吸收产生消荧光光斑，（ｂ）激光热效应等促进自发辐射转向准受激辐射，（ｃ）伴随荧光消失，部分产生荧光的激光能量转换为产生表面谐波     

靶源位置对强场高次谐波相位匹配的影响

为提高强激光场与惰性气体靶作用产生的孤立阿秒激光脉冲的能量,给出了一种实现高次谐波过程中最佳谐波相位匹配的定量实验方法。研究了气体靶源与高斯型驱动激光场聚焦点相对空间位置对谐波相位匹配及谐波产率的影响,得出了其最佳相位匹配位置始终位于驱动激光场聚焦点后3~5 mm,而在聚焦点之前的位置区域,严重的高次谐波相位失配导致谐波产率非常低。同时,在最佳相位匹配条件下,高次谐波场与驱动场具有相类似的空间强度分布特性,该结果印证了目前通常采用的高次谐波场为高斯光束的假设。     

The Fabrication and SHG Test of QPM Periodically Poled KTiOPO4

The Quasi-phase-matching periodically poled flux-grown KTP by high electrical field method is researched. A 8×5×1mm3, Λ=9.0μm PPKTP wafer is successfully fabricated for the first order QPM SHG. The interactive length of the sample is about 3mm. The SHG scheme of Nd:YAG at 1064nm tested that the output power of cw 532nm green light is 0.2mw at room temperature with fundamental power of 1.2w. The normalized conversion efficiency is about 0.09% (W·cm)-1.