基于PPMgLN晶体高功率二次谐波产生中抑制现象的研究

摘要

随着激光技术的发展，人们对光的研究不仅仅局限于线性领域，更多的开始了非线性领域的探索。激光器也越来越向小型化、高效率、高功率方向发展。
　　铌酸锂晶体具有可以任意波长实现相位匹配、非线性系数大、并且可以加工成波导等优点，成为制造紧凑高效型激光器最具吸引力的选择之一。但最近有报道称，当用激光器输出连续绿光的功率超过一定值时，将会出现抑制二次谐波产生的现象。这种抑制现象不仅使激光器的输出功率达不到预期的值，反而会降低转换效率。这已严重影响到紧凑高效型激光器的研制。因此，弄清引起这种抑制现象的原因成为我们急需要解决的问题。
　　本论文围绕高功率二次谐波产生过程中的抑制现象，主要进行了如下的工作:
　　首先，阐述了二次谐波产生的基本原理并给出了三光波的耦合波方程，还从实现相位匹配的两种技术及准相位匹配技术出发，定量的分析了二次谐波的产生过程，同时理论介绍了引起热效应和光折变效应的原因。
　　其次，分别对热效应和光折变效应引起相位失配，最终导致高功率二次谐波的产生过程中抑制现象的原因进行了详细分析:
　　(1)从认识铌酸锂晶体出发，分析了基于周期极化掺5％mol氧化镁铌酸锂波导在高功率条件下产生399nm光波过程中，由于光吸收而引起热效应，最终导致抑制现象发生的原因，并采用热光学耦合模型对399nm光波产生过程进行了仿真实验。通过实验的模拟，我们发现优化波导长度和控制温度后，当输出0.393W的功率时，几乎没有产生热效应。因此，利用二次谐波技术可以在铌酸锂波导高功率中实现紧凑而有效的399nm激光器。
　　(2)依据耦合波方程，将光折变与温度调谐结合起来解释了周期极化掺氧化镁铌酸锂波导中，光折变效应抑制高功率二次谐波产生的过程并对这一过程进行了模拟仿真。仿真结果表明:在辐射区域，光折变诱导折射率的非线性变化占主导地位，而热效应的诱导相对微弱些。因此，抑制二次谐波转换效率的主要因素是光折变而不是热效应。除此之外，还发现在不同横截面大小的PPMgLN晶体中，横截面较大的波导对高功率二次谐波的产生更有利，因为此时光折变因素的影响是比较弱的。
　　最后，总结了热效应和光折变效应对高功率二次谐波产生过程中抑制现象的研究结果，并对后续研究进行了展望。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外发展现状

1．2．1 热致相位失配国内外研究进展

1．2．2 光折变致相位失配国内外研究进展

1．3 本文的研究思路

第二章 理论分析

2．1 二次谐波产生技术的基本原理

2．2 相位匹配技术

2．3 准相位匹配技术

2．4 二次谐波的产生过程

2．4．1 小信号近似

2．4．2 基频光高消耗的情况

2．5 热效应和光折变效应的理论分析

2．6 本章小结

第三章 PPMgLN晶体之热效应对二次谐波产生的抑制

3．1 铌酸锂晶体的介绍

3．2 理论模型

3．3 结果与讨论

3．4 本章小结

第四章 PPMgLN晶体之光折变对二次谐波产生的抑制

4．1 简介

4．2 理论模型

4．3 结果与讨论

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 全文总结

5．2 后续工作的展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表学术论文