固体光学晶体光学4

《固体光学晶体光学4》由会员分享，可在线阅读，更多相关《固体光学晶体光学4（56页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、晶体光学（四）第一部分：单轴晶体的相位匹配1、单轴晶体角度相位匹配的方式2、有效倍频系数；3、影响相位匹配的因素和最优匹配；1晶体光学晶体光学第八讲：光学混频和参量振荡第八讲：光学混频和参量振荡1、复习：相位匹配；、复习：相位匹配；2、三波混频效应；、三波混频效应；3、光学参量放大和振荡；、光学参量放大和振荡；4、光学参量振荡器实验系统；、光学参量振荡器实验系统；5、非线性光学材料简介、非线性光学材料简介2角度位相匹配角度位相匹配 角角度度位位相相匹匹配配就就是是控控制制光光波波在在晶晶体体中中其其一一特特定定方方向向( ， )上上传传播播，该该方方向向应应满满足足相相位位匹匹配配条条件件。利

2、利用用折折射射率率面面的的色色散散可可以以很很方方便便的的找找到到这这个个特特定定方方向向。画画出出了了负负单单轴轴晶晶体体的的基基频频光光折折射射率率面面(实实线线)和和相相倍倍频频光光折折射射率率面面(虚虚线线)。其其中中倍倍频频的的e光光面面与与基基频频的的o光光面面相相交交于于M点点。显显然然OM方方向向就就是是满满足足位位相相匹配方向匹配方向.一、单轴晶体相位匹配方式一、单轴晶体相位匹配方式3PM方向与光轴夹角方向与光轴夹角 m称为位相匹配角。对于单轴晶体以称为位相匹配角。对于单轴晶体以PM为母线绕为母线绕z轴转轴转360o可构成圆锥面，该圆锥面上任一条可构成圆锥面，该圆锥面上任一条

3、母线方向都满足位相匹配条件母线方向都满足位相匹配条件(如图所示如图所示)。4 1、第、第I 类平行式：类平行式： 指相互作用的两个基频光都是指相互作用的两个基频光都是e光或都是光或都是o光，耦合成倍光，耦合成倍频频O光或光或e光。根据单轴晶的正、负光性具体耦合情况有：光。根据单轴晶的正、负光性具体耦合情况有： (1)负单轴晶第负单轴晶第I类位相匹配类位相匹配oo-e方式。方式。倍频极化场为倍频极化场为5负单轴晶体折射率表面相位匹配负单轴晶体折射率表面相位匹配oo-eno()ne(2)67可解得位相匹配角可解得位相匹配角 m为为(2) 正单轴晶第正单轴晶第I类位相匹配类位相匹配ee-o方式。方式

4、。其匹配条件其匹配条件倍频极化场为倍频极化场为8正单轴晶体折射率表面相位匹配正单轴晶体折射率表面相位匹配ee-one()no(2)9可解得位相匹配角可解得位相匹配角 m为为 2、第、第II类正交式：类正交式： 指相互作用的两个基颁光分别是指相互作用的两个基颁光分别是o光和光和e光耦合成倍颇光耦合成倍颇o光光(或或e光光)，具体耦合情况有：，具体耦合情况有：(1)负单轴晶第负单轴晶第II类位相匹配类位相匹配eo-e方式方式 其位相匹配条件其位相匹配条件10no()ne(2)负单轴晶第负单轴晶第II类位相匹配类位相匹配eo-e方式方式1112倍频极化场为倍频极化场为(2)正单轴晶第正单轴晶第II类

5、位相匹配类位相匹配oe-o方式方式 其位相匹配条件其位相匹配条件13正单轴晶体折射率表面相位匹配正单轴晶体折射率表面相位匹配oe-one()no(2)14二、三波混频效应二、三波混频效应 两两个个频频率率不不同同的的单单色色光光( 1和和 2)同同时时入入射射到到非非 线线 性性 光光 学学 介介 质质 中中 产产 生生 和和 频频 或或 差差 频频 效效 应应( 3= 1+ 2)，统称为三波混频。，统称为三波混频。 为为了了实实现现混混频频过过程程的的有有效效转转换换，也也必必须须满满足足光光量量子子系系统统的的能能量量守守恒恒及及动动量量守守恒恒定定律律，从从而而满满足足如如下下关系关系：

6、15三波混频的位相匹配条件。它适合于一般的二次非线性过程三波混频的位相匹配条件。它适合于一般的二次非线性过程的位相匹配条件，如果的位相匹配条件，如果 1= 2= ，就变成倍频过程的位相，就变成倍频过程的位相匹配条件，或变为光整流。匹配条件，或变为光整流。 单单轴轴晶晶体体的的三三波波混混频频位位相相匹匹配配方方式式和和条条件件与与倍倍频频过过程程大大致致相相同同。以以和和颇颇为为例例，假假设设 3= 1+ 2， 3 2 1，并并且且 1至至 3的的频频率率范范围围内内折折射射率率具具有有正正常常色色散散、则则位位相匹配方式和条件如下表：相匹配方式和条件如下表：1617 单轴晶混频效应的位相匹配

7、角单轴晶混频效应的位相匹配角 m可由不同的位相匹配方式可由不同的位相匹配方式及其条件求出。例如，对负单轴晶体的及其条件求出。例如，对负单轴晶体的oo-e匹配方式匹配方式 在在和和频频效效应应的的两两入入射射光光中中至至少少有有一一束束是是强强相相干干光光(激激光光)。若若 1为为一一束束强强激激光光(称称为为泵泵浦浦光光)， 2是是一一个个微微弱弱的的有有待待检检测测的的光光讯讯号号， 1 2，则则将将 1+ 2= 3过过程程称称为为频频率率上上转转换换。它它可可将将远远红红外外光光向向上上变变频频至至可可见见光光乃乃至至紫紫外外光光波波段段。同同样样，参参与与差差颇颇过过程程的的 1和和 2

8、均均为为激激光光光光束束， 3为为亚亚毫毫米米波波或或远远红红 外外 光光 时时 1 - 2 = 3的的 差差 频频 过过 程程 称称 为为 频频 率率 下下 转转 换换 。 总之，利用这两种效应可以扩展相干辐射的覆盖范围；总之，利用这两种效应可以扩展相干辐射的覆盖范围；还可将待测的中远红外传号转换到可见光区域，以便观察与还可将待测的中远红外传号转换到可见光区域，以便观察与测量。测量。18 在差频过程中除了产生在差频过程中除了产生 p- s= i的差频的差频 i新光波外，原新光波外，原入射光波中的非泵浦光入射光波中的非泵浦光(即即 s光远低于泵浦光光远低于泵浦光 p的弱信号光的弱信号光)在全部

9、差频过程中其强度不但没减小，反而随着差频在全部差频过程中其强度不但没减小，反而随着差频 i光波光波起增大。起增大。 因此，在讨论因此，在讨论 s信号光波的变化规律时，可认为差频过信号光波的变化规律时，可认为差频过程是对非泵浦入射光的光放大过程。习惯上把这种光放大过程是对非泵浦入射光的光放大过程。习惯上把这种光放大过程称为光参量放大。程称为光参量放大。三、光学参量放大与振荡三、光学参量放大与振荡 i 称为空载频率称为空载频率.19光参量放大过程需要满足如下位相匹配条件光参量放大过程需要满足如下位相匹配条件 在在光光参参量量放放大大过过程程中中，参参量量转转换换效效率率是是很很低低的的。为为了了得

10、得到到较较强强的的信信号号光光，可可把把非非线线性性光光学学介介质质置置于于光光学学谐谐振振腔腔内内，使使 s光光波波与与 i光光波波不不断断从从泵泵浦浦光光吸吸收收能能量量而而产产生生增增益益。当当增增益益一一旦旦超超过过腔腔体体损损耗耗(阂阂值值)时时便便产产生生了了振振荡荡。这这就就是是光光学学参参量量振振荡荡。当当增增益益达达到到振振荡荡阈阈值值或或者者说说当当泵泵浦浦光光强强超超过过一一定定阈阈值时，才有可能在谐振腔内形成持续的光参量振荡。值时，才有可能在谐振腔内形成持续的光参量振荡。20 光参量放大与振荡示意图光参量放大与振荡示意图 (a)参量降频变换参量降频变换,(b)参量振荡参

11、量振荡器器21四、光学参量振荡器实验系统四、光学参量振荡器实验系统 实际的光学参量振荡器系统，一般由如下几个部分组成。实际的光学参量振荡器系统，一般由如下几个部分组成。(1)非线性晶体非线性晶体要求它们具有良好的光学透过率较大的要求它们具有良好的光学透过率较大的二次非线性极化系数，折射率随外界工作条件的变化易于控二次非线性极化系数，折射率随外界工作条件的变化易于控制，以便实现可调谐高效率的参量振荡。制，以便实现可调谐高效率的参量振荡。(2)泵浦光源泵浦光源为产生光学参量振荡，必须有波长短于振荡为产生光学参量振荡，必须有波长短于振荡光而功率较强的激光辐射作泵浦光源。光而功率较强的激光辐射作泵浦光

12、源。(3)光学谐振腔光学谐振腔-可根据要求和实验条件之不同，而分别可根据要求和实验条件之不同，而分别采用平行平面腔、平凹、双凹或凹凸稳定腔等形式；组成谐采用平行平面腔、平凹、双凹或凹凸稳定腔等形式；组成谐振腔的两个反射镜应该在参量振荡频率内有足够高反射率，振腔的两个反射镜应该在参量振荡频率内有足够高反射率，而对入射泵浦光则具有适当的透过率。而对入射泵浦光则具有适当的透过率。(4)位相配相和调谐装置位相配相和调谐装置-当采用诸如当采用诸如LiNbO3这类晶体这类晶体作工作物质时，为实现位相匹配可使泵浦光取非常光方式入作工作物质时，为实现位相匹配可使泵浦光取非常光方式入射，而参振光束则为寻常光。射

13、，而参振光束则为寻常光。22光学参量振荡器装置原理图光学参量振荡器装置原理图(a) 利用激光器输出之二次谐波辐射作泵浦光利用激光器输出之二次谐波辐射作泵浦光而采用温度调谐的装置；图而采用温度调谐的装置；图(b)利用激光器本身的利用激光器本身的激光输出作泵浦光而采用的角度调谐的装置。激光输出作泵浦光而采用的角度调谐的装置。23改变振荡频率的调谐方式有；改变振荡频率的调谐方式有； 温度调谐：泵浦光垂直于晶体光轴方向入射，改变晶温度调谐：泵浦光垂直于晶体光轴方向入射，改变晶体温度，可以相应地改变振荡颇率。此时体温度，可以相应地改变振荡颇率。此时 s和和 i两频率的两频率的振荡光束在空间不分离。振荡光

14、束在空间不分离。角度调谐：当晶体温度保持一定时，改变晶体光轴相对角度调谐：当晶体温度保持一定时，改变晶体光轴相对于泵浦光的入射角度，同样可改变振荡频率。此时于泵浦光的入射角度，同样可改变振荡频率。此时 p、 s和和 i三种频率的振荡光束在空间上可能出现分离。三种频率的振荡光束在空间上可能出现分离。外场调谐：对非线性晶体施加外加直流电场或磁场，利外场调谐：对非线性晶体施加外加直流电场或磁场，利用晶体的电光效应或磁光效应使其折射率发生改变，同样用晶体的电光效应或磁光效应使其折射率发生改变，同样可以达到可调谐振荡的目的。可以达到可调谐振荡的目的。24五、非线性光学材料简介五、非线性光学材料简介 作为

15、优质的倍频、混频和光参量放大与振荡的非线性作为优质的倍频、混频和光参量放大与振荡的非线性光学材料应满足如下要求：光学材料应满足如下要求：(1)有较大的二次非线性光学系数；有较大的二次非线性光学系数；(2)在工作波长在工作波长(或波段或波段)有较高的透明度；有较高的透明度；(3)在工作波长在工作波长(或波段或波段)能实现位相匹配，最好能实现最优位能实现位相匹配，最好能实现最优位相匹配；相匹配；(4)有较高的光损伤阈值；有较高的光损伤阈值；(5)容易获得大尺寸和光学均匀性好的晶体；容易获得大尺寸和光学均匀性好的晶体；(6)硬度大，物理化学性能稳定不易潮解，便于加工等。硬度大，物理化学性能稳定不易潮

16、解，便于加工等。25 为为了了获获得得较较好好的的倍倍频频和和混混频频效效果果，除除了了前前面面介介绍绍的的如如何何实实现现最最优优匹匹配配等等因因素素外外，非非线线性性学学材材料料的的质质量量是是一一个个关关键键因因素素。人人们们为为寻寻求求高高质质量量的的非非线线性性光光学学晶晶体体作作了了大大量量的的工工作作，已已发发现现具具有有非非线线性性光光学学效效应应的的晶晶体体有有上上千千种种，但但是是具具有有实实际际应应用用价价值值的的或或有有一一定定应应用用前前景景的的仅仅有有三三十十种种。其其原原因因主主要要是是对非线性光学晶体的要求相当苛刻。对非线性光学晶体的要求相当苛刻。 实实际际上上

17、全全面面符符合合上上述述要要求求的的晶晶体体几几乎乎没没有有，因因此此在在选选择择材材料料时时根根据据需需要要，权权衡衡利利弊弊。采采用用适适当当的的晶晶体体。附附表表I-l0列列出出了目前应用比较广泛的一些非线性晶体。了目前应用比较广泛的一些非线性晶体。26272829有关非线性光学效应几方面比较成熟的应用、发展前有关非线性光学效应几方面比较成熟的应用、发展前景及学术意义：景及学术意义： (1)利用倍频和混频效应、可调谐光参量振荡以及受激散射等效利用倍频和混频效应、可调谐光参量振荡以及受激散射等效应可产生强相干光辐射，开创了产生新的激光辐射光源的物理应可产生强相干光辐射，开创了产生新的激光辐

18、射光源的物理途径。它在许多实际工程技术中得到了较成熟的应用，人们正途径。它在许多实际工程技术中得到了较成熟的应用，人们正在利用这种途径来填补各类激光器件发射激光波长的空白光谱在利用这种途径来填补各类激光器件发射激光波长的空白光谱区。例如：区。例如： 在在光光通通讯讯技技术术中中的的应应用用。由由于于激激光光技技术术的的出出现现，通通过过非非线线性性光光学学效效应应获获得得的的相相干干光光的的频频带带极极其其宽宽广广，使使其其在在通通讯讯技技术术中中由由原原来来的的微微波波电电缆缆同同时时传传送送几几十十万万路路，到到现现在在利利用用激激光光通通讯讯的的光光缆缆可可同同时时传传送送数数百百万万路

19、路电电话话或或几几千千万万套套电电视视节节目目，解解决了无线电通讯的容量小、频带过分拥挤的难题。决了无线电通讯的容量小、频带过分拥挤的难题。30 频频率率上上转转换换效效应应在在红红外外外外差差式式探探测测器器上上的的应应用用。红红外外接接收收是是不不可可见见的的低低频频信信号号( s)和和另另一一束束可可见见的的强强激激光光( p)通通过过在在晶晶体体中中混混频频，使使红红外外信信号号频频率率上上转转到到可可见见光光频频率率，再再经经过过光光放放大大等等过过程程实实现现了了对对红红外外信信号号的的观观察察和和探探测测。目目前前用用此此效效应应的的红外探测器已得到普遍的应用。红外探测器已得到普

20、遍的应用。 (2)非线性光学的研究成果为光信息处理提供了新的方非线性光学的研究成果为光信息处理提供了新的方法和新的技术。法和新的技术。 例例如如，一一些些染染料料在在高高功功率率激激光光束束通通过过时时发发生生自自感感透透明明效效应应已已被被用用来来设设计计时时间间很很短短的的“光光开开关关”。使使用用这这种种Q开开关关的的激激光光器器的的输输出出功功率率可可提提高高23个个数数量量级级。又又如如，光光学学双双稳稳态态效效应应的的激激光光感感应应折折射射率率变变化化用用于于信信息息存存贮贮以以及及制制成成双双稳稳态态元元件件(双双稳稳态态光光学学开开关关、光光学学“三三极极管管”放放大大元元件

21、件、光光学学记记亿亿元元件件等等)；光光学学相相位位共共扼扼效效应应用用于于波波面面畸畸变变补补偿偿等等等等。目目前前有有些些成成果果已已得得到到实实际际应应用用。对对非非线线性性光光学学的的深深入入研研究究，为为集集成成光光学学、纤纤维维光光学学、光光学学逻逻辑辑回回路路与与光光学学计计算算机机技技术术的的发发展展提提供供了了有有关关光光信信息息处处理理与与控制的新方法和新技术。控制的新方法和新技术。31 (3)非线性光学研究的学术价值及其深远的理论意义。非线性光学研究的学术价值及其深远的理论意义。 通过强光与物质相互作用的研究，可以获得有关物质的组通过强光与物质相互作用的研究，可以获得有关

22、物质的组成、结构、状态、能量耦合及转移、各种内部变化动力学过程成、结构、状态、能量耦合及转移、各种内部变化动力学过程的重要信息。这些信息可在不同程度上分别反映出物质的光学、的重要信息。这些信息可在不同程度上分别反映出物质的光学、电学、磁学、声学、力学、热学、化学、生物学等方面特性。电学、磁学、声学、力学、热学、化学、生物学等方面特性。利用强激光的作用，可以研究相变、超导、元激发、液晶、表利用强激光的作用，可以研究相变、超导、元激发、液晶、表面物理、高温等离子体等方面的问题；还可以使物质按人们所面物理、高温等离子体等方面的问题；还可以使物质按人们所希望的方式发生各种变化，如加热、致冷、压缩、冲击

23、、熔化、希望的方式发生各种变化，如加热、致冷、压缩、冲击、熔化、汽化、膨胀、同性素分离、光聚合、可控化学反应等。汽化、膨胀、同性素分离、光聚合、可控化学反应等。32 强强光光光光学学(即即非非线线性性光光学学)本本身身就就是是物物理理学学基基础础理理论论的的发发展展。到到目目前前为为止止虽虽然然强强光光光光学学的的发发展展尚尚未未导导致致与与近近代代物物理理学学两两大大支支柱柱(相相对对论论和和量量子子力力学学)不不相相符符合合或或抵抵触触之之处处，但但并并不不排排除除这这门门学学科科在在今今后后进进一一步步的的发发展展中中会会对对已已有有的的理理论论基基础础产产生生新新的的冲冲击击的的可可能

24、能性性。例例如如，目目前前在在处处理理光光与与物物质质作作用用的的量量子子力力学学或或量量子子电电动动力力学学理理论论中中，仍仍然然是是基基于于入入射射光光对对原原子子的的作作用用是是弱弱微微扰扰这这样样一一种种前前提提，而而采采用用数数学学上上的的微微扰扰近近似似加加以以处处理理。如如果果说说这这种种近近似似处处理理对对弱弱光光作作用用是是基基本本适适合合的的话话，那那么么它它对对强强光光和和超超强强光光作作用用是是否否仍仍然然适适用用?这这显显然然是是一一个个问问题题。又又例例如如，在在强强脉脉冲冲激激光光的的自自聚聚焦焦效效应应和和自自感感透透明明效效应应中中曾曾发发现现运运动动的的焦焦

25、点点的的超超光光速速运运动动和和增增益益介介质质中中自自透透明明脉脉冲冲的的超超光光速速运运动动。对对这这些些新新问问题题进进行行深深入入研研究究，有有助助于于加加深深对对狭狭义义相相对对论论已已有有结结论论的的认认识识和和理理解解。目目前前，关关于于利利用用激激光光检检测测横横向向多多L勒勒效效应应，探探测测引引力力波波、加加速速粒粒子子，研研究究真真空空中中光光子子散散射射、天天体体黑黑洞洞，验验证证广广义义相相对对论论效效应应等可能的讨论性和探索性工作正在进行之中。等可能的讨论性和探索性工作正在进行之中。33作业题：作业题：1、说明非线性光学效应和传统光学效应的主要区别。、说明非线性光学

26、效应和传统光学效应的主要区别。2、什么是二次极化波、什么是二次极化波?什么是二次谐波什么是二次谐波?二次谐波是怎样产二次谐波是怎样产 生的生的?3、什么叫位相匹配？从原理出发说明不满足位相匹配条件、什么叫位相匹配？从原理出发说明不满足位相匹配条件、非线性极化的光学效应就不可能在晶体中稳定地产生非线性极化的光学效应就不可能在晶体中稳定地产生?4、单单轴轴晶晶的的位位相相匹匹配配方方式式有有哪哪几几种种? 写写出出第第1类类匹匹配配方方式式和和倍倍频频极极化化场场的的矢矢量量式式及及匹匹配配条条件件，并并用用折折射射率率面面画画出出第第I类类匹配正、负单轴晶的匹配方式。匹配正、负单轴晶的匹配方式。

27、5、一参量振荡器、一参量振荡器 11um， 21um， 3o5Fm。如果。如果其中有两个其中有两个e光和一个光和一个o光，那么在信号、空闲和泵浦光中光，那么在信号、空闲和泵浦光中你将怎样选择你将怎样选择? 试分析位相匹配条件。试分析位相匹配条件。34晶体光学晶体光学(四四)第二部分：光学混频和参量振荡第二部分：光学混频和参量振荡1、三波混频效应；、三波混频效应；2、光学参量放大和振荡；、光学参量放大和振荡；3、光学参量振荡器实验系统；、光学参量振荡器实验系统；4、非线性光学材料简介、非线性光学材料简介35一、有效倍频系数一、有效倍频系数 单单轴轴晶晶体体的的位位相相匹匹配配方方向向虽虽然然只只

28、由由 m决决定定，与与方方位角位角 无关，但无关，但 仍可影响倍频光的极化强度。仍可影响倍频光的极化强度。称为有效倍频系数称为有效倍频系数假假设设基基频频光光的的波波法法线线方方向向(k/PM)与与光光轴轴x3夹夹角角为为 ，方方位位角角为为 ，则则基基濒濒o光光的的电电矢矢量量Eo( )在在x1x2平平面面内内，且且垂垂直直于于x3和和PM决决定定的的平平面面方方向向振振动动；而而基基频频e光光的的电电矢矢量量Ee( )在在x3和和PM所所在在的的平平面面内内垂垂直直于于PM方方向向振振动动。由由图图知知，基基频频光光的的光光波波电电场场分量为分量为:3637由由于于倍倍频频光光的的波波法法

29、线线方方向向仍仍为为PM方方向向，因因此此倍倍频频o光光平平行行基基频频o光光，倍倍频频e光光平平行行基基频频e光光)。各各基基频频光光电电场场分分量量将将以以不不同同的的匹匹配配方式耦合成倍频极化场。方式耦合成倍频极化场。381、对于负单轴晶的第、对于负单轴晶的第I类位相匹配类位相匹配oo-e方式方式392、对于正单轴晶的第、对于正单轴晶的第I类位相匹配类位相匹配ee-o方式方式403、对于负单轴晶的第、对于负单轴晶的第II类位相匹配类位相匹配eo-e方式方式414、对于正单轴晶的第、对于正单轴晶的第II类位相匹配类位相匹配oe-o方式方式42考虑到倍频极化强度考虑到倍频极化强度P(2 )是

30、其相应各分量合成结果是其相应各分量合成结果:因为因为aibjbk和和biajbk矩阵形式相同记为：矩阵形式相同记为：因为因为biajak和和aiajbk矩阵形式相同记为矩阵形式相同记为435、负单轴晶体、负单轴晶体KDP(42m)晶类晶类oo-e时时F2的计算：的计算：44F2由最大值。由最大值。6、负单轴晶体、负单轴晶体KDP(42m)晶类第二类相位匹配时晶类第二类相位匹配时F1的计算：的计算：454647 根根据据表表可可得得出出许许多多有有意意义义的的结结果果。例例如如，622晶晶类类和和422晶晶类类的的F函函数数全全部部为为零零，说说明明这这两两种种晶晶类类不不会会产产生生倍倍频频效

31、效应应；晶晶类类5mm，6，4mm仅仅有有F2 0，说说明明该该晶晶类类的的负负光光性性晶晶体体只只能能实实现现第第1类类位位相相匹匹配配，而正光性晶体只能实现第而正光性晶体只能实现第II类位相匹配。类位相匹配。48二、影响相位匹配的因素和最优匹配；二、影响相位匹配的因素和最优匹配；1、倍频作用长度、倍频作用长度在小信号系统允许忽略基频光强因在小信号系统允许忽略基频光强因SHG(二次谐波二次谐波)而衰减而衰减的情况下。倍频光强与的情况下。倍频光强与 k的关系为的关系为:49基基频频光光在在介介质质中中不不同同小小区区域域内内诱诱发发的的倍倍颇颇极极化化场场而而辐辐射射的的倍倍频光强度频光强度I

32、(2 )将是沿将是沿l方向呈周期性变化。方向呈周期性变化。 式式中中 o为为真真空空中中的的波波长长。lc的的物物理理意意义义为为：当当基基颇颇光光射射入入晶晶体体后后，每每经经过过lc的的距距离离时时，倍倍频频光光强强就就会会出出现现一一次次最最大大值。值。50 即即在在位位相相匹匹配配条条件件满满足足时时，如如果果入入射射基基频频光光强强度度和和有有效效倍倍颇颇系系数数一一定定则则倍倍频频光光强强度度与与基基频频光光在在晶晶体体中中的的穿穿透透深深度度l2成成正正比比。因因此此lSHG大大体体上上反反应应了了倍倍频频技技术术中中使使用用的的晶晶体在位相匹配方向应取的长度，称为倍频作用长度。

33、体在位相匹配方向应取的长度，称为倍频作用长度。512、光孔效应限制、光孔效应限制52 图画出了负单轴晶体第图画出了负单轴晶体第I类位相匹配类位相匹配oo-e方式的基频方式的基频o光与倍频光与倍频e光分离的原理。这种由于基频光束与倍频光束分离而限制倍频光分离的原理。这种由于基频光束与倍频光束分离而限制倍频光束强度进一步增加的现象称为光孔效应。光束强度进一步增加的现象称为光孔效应。la称为最大作用长度称为最大作用长度(或光孔效应长度或光孔效应长度)。53 当基频光沿晶体主轴当基频光沿晶体主轴(除光轴除光轴)方向垂直入射倍频晶体界面上方向垂直入射倍频晶体界面上,在晶体中传播的基频在晶体中传播的基频o

34、光和倍频光和倍频e光不分离。光不分离。3、发散光束对相位匹配的影响、发散光束对相位匹配的影响实实际际光光束束有有一一定定的的发发散散度度或或由由于于定定向向不不准准等等因因素素使使入入射射的的基基频频光光波波矢矢k偏偏离离PM方方向向角角、产产生生 k 0引引起起位位相相失失配，给倍频过程带来不利影响。配，给倍频过程带来不利影响。5455发散角造成的失配最小，发散角造成的失配最小，4、最优相位匹配、最优相位匹配 根根据据讨讨论论，把把位位相相匹匹配配角角 m90o的的位位相相匹匹配配称称为为最最优优位位相相匹匹配配，或或称称非非临临界界位位相相匹匹配配(NCPM)。这这就就是是说说，束束基基频

35、频激激光光在在垂垂直直光光轴轴方方向向正正交交入入射射到到单单轴轴晶晶体体的的界界面面，在在该该倍倍频频晶晶体体中中没没有有光光孔孔效效应应的的影影响响；对对发发散散度度不不大大的的入入射射基基频频光光也也能能得得到到充充分分的的利利用用，即即消消除除离离散散效效应应。从从而而获获得得较强的倍频光。较强的倍频光。 如何实现如何实现90o位相匹配位相匹配? 对于单物晶第对于单物晶第I类位相匹配来说类位相匹配来说就是在就是在 m90o附近设法使附近设法使 目前，通常目前，通常采用两种方法。一种是利用晶体的热光效应，通过改变晶体采用两种方法。一种是利用晶体的热光效应，通过改变晶体温度。另种是利用晶体的电光效应，即通过对晶体施加直流温度。另种是利用晶体的电光效应，即通过对晶体施加直流电场改变晶体的折射率的力怯。电场改变晶体的折射率的力怯。End!56