LBO晶体Ⅰ类倍频相位匹配转换效率的研究

摘要

通过查阅大量的参考文献,本文对非线性光学变频技术的发展、现状及应用前景进行了全面的综述。LBO晶体是优良的变频材料,具有较高的破坏阈值、光学均匀性好、较小的走离角、相位匹配范围较宽等特点。
　　 数值计算了LBO晶体Ⅰ类共线倍频相位匹配下,各光波的折射率、走离角和互作用角。在考虑各光波存在走离角情况下,数值求解求解了三波耦合方程及变频转换效率。主要结果如下:
　　 1、从电磁场理论出发,推导了双轴晶体Ⅰ类相位匹配的走离角、互作用角与主折射及相位匹配角之间的关系式。
　　 2、数值计算了LBO晶体Ⅰ类相位匹配下慢、快光折射率。波长1064nm慢光折射率范围为:1.5905～1.6055,532nm快光折射率范围为:1.5824～1.6065。
　　 3、数值计算了LBO晶体Ⅰ类倍频相位匹配下慢、快光走离角。1064.nnl基频慢光走离角范围为(0°～1.35°),在匹配角θ为90°时走离角为零;在θ≈36°时,最大走离角为1.35°;倍频快光的走离角则在0～1.52°范围内变化,在θ为90°时走离角为零,在θ≈51°时,最大走离角为1.52°;基频光与倍频光的互作用角的变化范围是0～1.15°,θ为90°时互作用角为零,在θ≈45°时,最大互作用角为1.15。
　　 4、数值计算了倍频光光矢量振幅与通光长度的变化规律。在所有匹配方向上倍频光的振幅与通光长度呈线性关系,不同匹配角方向上直线斜率不同,这恰说明不同方向的折射率、走离角、互作用角、有效非线性系数对转化效率的影响。
　　 5、计算结果显示转换效率主要取决于有效非线性系数。在不同相位匹配方向上,折射率、走离角、互作用角、对转换效率影响不同,在匹配角θ≈18°时影响最大,与不考虑这些影响时相对误差约4.7%。
　　 6、在相位匹配角约为(17.7°,0.6°),(42.2°,19°),(86°,0.5°)时转换效率达到极大值,其中在(42.2°,19°)时最大,约为3.35%。在每一相位匹配方向上,其转换效率与通光长度的平方值成正比,实验结果吻合。经过三波耦合后,只有各波强度发生变化,而各波的偏振态没有发生变化。