激光倍频
激光倍频技术
从原点O引矢径方向与K平行，取矢径长度r=n，n为与K对 应的光波的折射率值，所有r端点连成折射率曲面。由于对 应一个K有两个折射率，因此沿同一矢径对应两个矢径长度， 因此折射率曲面是双层面，与折射率椭球不同。 对于负单轴晶体有： no > ne
no (θ ) = no
1 cos 2 θ sin 2 θ = + 2 2 2 ne (θ ) no ne
0 L
sin(∆kL / 2) ∆kL / 2
I
L 2ω
sin 2 (∆kL / 2) ∝ E (2ω , L) = E (ω ) (∆kL / 2) 2
2 4
η SGH
I 2Lω ∝ 0 ∝ E 2 (ω )sinc 2 (∆kL / 2) Iω
0 η SGH = ΓIω sinc 2 (∆kL / 2)
I 只有在La内才能有效倍频。对于负单轴I 类相位匹配有：tgα ∝ sin(2θ m负 )
相位失配
入射光束有发散角∆θ，偏离了交点的位置，使得
ω no − ne2ω (θ m + ∆θ ) c 级数展开做近似有：∆k ∝ sin(2θ m )∆θ ω ne2ω (θ m + ∆θ ) ≠ no ，即∆k =
(n0 > ne ) 负单轴 正单轴 (ne > no )
→ e 2ω → o 2ω
基频光不取或不单独取低折射率所对应的偏振态，总有取 高折射率所对应的偏振态，这样就补偿了正常色散造成的
∆k ≠ 0
§4.3角度匹配方法
双轴晶体的角度匹配
一般来讲，晶体的对称性越低，非线性极化率越大，倍频 效率较高的KTP就属于双轴晶体。双轴晶体的折射率曲面 是双层双叶曲面，不再以Z轴为光轴，Z轴是两个光轴的角 平分线，折射率也不仅是 θ 的函数，也是ϕ 的函数
激光倍频效率matlab
激光倍频效率matlab
Matlab是一种用于进行科学计算和数据可视化的高级编程语言和环境。
对于激光倍频效率的计算，需要首先了解激光倍频的基本原理。
一般来说，激光倍频是将频率为v0的激光通过非线性晶体，在晶体中产生一系列频率为v0+n*v0的倍频光，其中n为正整数。
然后，通过滤波器选择所需频率的光。
对于倍频效率的计算，其公式一般为：
η=I2I1×100%
其中，I1为基频光功率，I2为倍频光功率。
因此，在Matlab中计算激光倍频效率，可以通过以下步骤实现：
1.获取基频光和倍频光的功率值；
2.使用上述公式计算倍频效率；
3.将计算结果进行可视化处理。
需要注意的是，在实际操作中，还需要考虑其他因素对倍频效率的影响，如激光束的形状、非线性晶体的质量和长度等。
因此，在计算倍频效率时，需要综合考虑各种因素，并进行相应的误差分析。
第30讲 激光倍频技术
2E r , t
0
2P r , t
同样在外界光波电场E的作用下将引起介质内部的极化，产生 极化强度P，考虑到非线性相互作用，极化强度P可以写成：
P PL PNL PL 为线性极化项，PNL为非线性极化项。
上述两个过程互为因果，将两式联立可以解出介质中光场分布
当光电场强度很低时，可以忽略PNL，只保留线性极化PL， 即通常的线性光学
L 0 L 1 L 1 E1 E1 L 0 L 2 L 2 E2 E2
可以看出，由于非线性响应，在非线性介质中感应的极化强度， 不仅有频率1 和 2的分量，还有频率为21 、 2 2、1 2、1 2 的分量以及直流分量。 这些极化强度分量将辐射出相应频率的电磁
k 1 k 1
代入上式，可以得到联立方程组： 设光电场由频率为1 和 2 e 2 r1 r1 0 r1 E t 单色光组成： m i1 t i 2 t r r 2 r Ar 2 E t E e E e c .c . 1 2 2 0 2 1 2
波，这就是非线性光学中的倍频、和频、差频和光整流等光学效应。
10
30.1 非线性极化
三、极化率张量的性质
由极化强度的定义P Ner和P 0 E，可以得到各阶的极化 率为：
2
1
Ne 2 L 0m
线性极化率
Ne 3 A 2 L 2 L 2 倍频极化率 2 0m
对上述方程组求解，可以得到：
9
30.1 非线性极化
r1 t e E1 L 1 e i1 t E2 L 2 e i2 t c .c . m
激光倍频技术-光学频率之舞
激光倍频技术-光学频率之舞什么是倍频激光倍频激光是一种激光器输出的光束经过一个非线性光学晶体或非线性光学材料后，产生的光束频率翻倍的现象。
这个过程叫做倍频（Second Harmonic Generation，SHG），也被称为频率加倍。
在倍频激光中，通常使用非线性光学晶体或材料来实现频率翻倍。
这些材料对于不同频率的光有不同的折射率，因此当原始激光光束通过这些材料时，会发生频率加倍的现象。
具体来说，倍频过程中，两个光子被合并成一个光子，其频率是原始光的两倍。
如将激光倍频是指激光经过倍频晶体（LBO、BBO）生成波长减小一半，频率加倍的激光，晶体对1064nm强光倍频后为532的绿光。
倍频的条件晶体可以找到一个方向，使频率f1的基频激光，和2*f1频率的倍频光，折射率能够相同(光子动量守恒)，这样晶体中就可以存在理想的增益特征长度。
能量能够持续地从f1的基频激光转换到2*f1的倍频光中。
倍频技术的核心原理非线性光学原理在这些过程中是核心，非线性材料或晶体被用来将原始激光的频率改变。
以下是一些常见的倍频技术：二次谐波生成（SHG）：这是最常见的倍频过程之一，其中原始激光的频率翻倍，产生两倍频率的光。
SHG广泛用于激光光源和医学成像。
和频生成（SFG）：两个不同频率的光波通过非线性晶体相互作用，产生一个新的频率，其频率是两个原始频率的和。
SFG在界面科学和光谱学中有重要应用。
差频生成（DFG）：两个不同频率的光波相互作用，产生一个新的频率，其频率是两个原始频率的差。
DFG也用于光谱学和激光源。
光学参量振荡（OPO）：这种特殊的倍频过程中，一个非线性晶体中的激光光子分裂成两个较低频率的光子，同时满足能量守恒。
这通常用于产生可调谐的激光光源激光倍频的好处激光的波长越短，频率越高，光的粒子性越强，穿透力越强，传送完整电磁波的周期越短，激光脉冲的最短时间越短。
脉冲越短，所需要的电磁波的周期越短，频率越高。
这就是为什么皮秒或飞秒激光器的电磁波的频率越高的原因。
激光倍频技术讲解
(n0 ne ) e 2 负单轴 正单轴 o 2 (ne no )
基频光不取或不单独取低折射率所对应的偏振态，总有取
高折射率所对应的偏振态，这样就补偿了正常色散造成的
k 0
§4.3角度匹配方法
双轴晶体的角度匹配
一般来讲，晶体的对称性越低，非线性极化率越大，倍频
播。当deff=0时，E1,2,3=const，独立传播，无吸收。
§4.2倍频技术
倍频效率
E(ω)~E(2ω)
E (2 , z ) i (2t k2 z ) E (2 , z , t ) e c.c. 2 E ( , z , t ) E ( , z ) e i (t k z ) c.c. 2 Q dE (2 , z ) E 2 ( , z )ei (2 k k2 ) z dz E (2 , L) dE (2 , z ) E 2 ( )eikL /2 L
和非线性极化PNL。 PNL是两个以上光电场E相乘的结果， 导致了不同光电场之间出现相互影响，相互作用，相互之 间有能量转移，即光波之间有耦合作用。 由Maxwell方程组可以推导出相应的波耦合方程组，对于二 阶非线性效应，频率关系为 3 1 2 的光电场有： dE1 i1 * deffE2 E3e ikz 其中，n1,2,3为各自的折射率(1,2,3 ) dz n c
§4.2倍频技术
相位匹配条件及其意义
k 0称为相位匹配条件
相位匹配条件的物理意义
1 光子动量守恒 2 相速度相同 E ( )与E (2 )之间的相位差，在转换 过程中保持不变，与z无关 3 折射率相同 要求基频光与倍频光的折射率相等 即无色散
激光频率转换
激光频率转换
激光频率转换是指将一个激光的频率转换到另一个频率。
这在许多应用中都是非常重要的，例如光通信、光谱分析和量子信息处理等领域。
常见的激光频率转换技术包括以下几种：
1. 频率倍频：通过使用非线性光学材料，将激光的频率从原始频率倍增到双倍、三倍甚至更高倍数。
这种方法广泛应用于光通信领域，用于将激光频率转换到可用于光纤通信的波长范围。
2. 频率降频：通过使用非线性光学材料，将激光的频率降低到更低的频率。
这种方法主要用于光谱分析和光学显微镜等领域，以实现对特定频率光的探测和观察。
3. 光学参量放大器（OPA）：OPA是一种基于非线性光学效应的装置，可以将激光的频率转换到更高或更低的频率。
通过调整非线性材料和输入激光的参数，可以实现对激光频率的精确和宽范围控制。
4. 光学参量振荡器（OPO）：OPO也是一种基于非线性光学效应的装置，可以实现对激光频率的转换。
与OPA类似，OPO还可以提供宽范围的频率调谐能力。
这些技术在激光频率转换领域发挥着重要作用，为各种应用提供了灵活性和可调性。
不同的技术适用于不同的频率转换需求，选择合适的技术取决于具体应用的要求和限制。
激光倍频晶体原理
激光倍频晶体原理激光倍频晶体原理是指在激光产生过程中，通过非线性光学效应，将激光的频率倍频或多倍频，从而获得更高频率的激光光束。
激光倍频晶体原理的关键在于非线性光学效应。
在介质中，光的电场与介质中的电子相互作用，导致介质中的电子和光场之间存在一个非线性的关系。
当激光通过一个非线性光学介质时，光的能量可以转移到介质中的电子上，产生新的频率成分，这就是倍频效应的基本原理。
非线性光学晶体是激光倍频中最常用的介质。
这些晶体具有特殊的非线性光学性质，能够在激光通过时发生倍频效应。
最常用的非线性光学晶体有二极管晶体、锂离子晶体和硫化镉晶体等。
激光倍频晶体的使用通常需要遵循一定的条件。
首先，激光的频率必须在晶体的非线性响应范围内。
其次，选择合适的晶体材料和长度，以匹配激光的频率和倍频效应。
此外，还需要适当调整激光的功率和角度，以最大限度地提高倍频效果。
在激光倍频晶体中，最常用的倍频效应是二次倍频效应，即将激光的频率提高一倍。
当激光通过晶体时，晶体中的电子受到激光的电场作用，从而发生弯曲运动。
如果激光的频率在晶体的非线性响应范围内，晶体中的电子可以通过非线性效应，将激光的能量转移到倍频光束上，使其频率加倍。
激光倍频晶体的倍频效果受到多种因素的影响。
首先是非线性光学晶体的性质，包括晶体的非线性系数、透射率和吸收率等。
其次是激光的特性，包括功率、波长、脉冲宽度和重复频率等。
此外，晶体的长度、温度和入射角度等参数也会对倍频效果产生影响。
激光倍频晶体在科学研究和应用领域有着广泛的应用。
例如，在激光器中，倍频效应可以将激光的频率提高到更高的能量级，从而获得更短的脉冲宽度和更高的峰值功率。
这在激光加工、医学和光学通信等领域中都有很大的应用潜力。
此外，在激光光谱分析中，倍频效应也可以用于获得更高分辨率的光谱信息。
总之，激光倍频晶体原理是通过非线性光学效应，将激光的频率倍频或多倍频，从而获得更高频率的激光光束。
这一原理在科学研究和应用中有着广泛的应用前景，并且可以通过调整各种参数来优化倍频效果。
532nm激光倍频原理
532nm激光倍频原理532nm激光倍频原理介绍激光技术作为一种重要的光学技术，在许多领域中都得到了广泛应用。
其中，532nm激光倍频技术是一项重要的技术手段。
本文将从浅入深，逐步解释532nm激光倍频原理。
激光的基本原理1.激光简介：激光是通过受激辐射过程产生的一种高度聚焦的、高能量的、单色的光束。
2.激光产生原理：激光的产生主要由两个过程构成，即受激辐射和放大辐射。
激光倍频技术1.激光倍频简介：激光倍频是指将光波的频率提高到原来的2倍或更高，产生更短波长的激光。
2.532nm激光倍频：532nm激光是一种常见的绿光激光，在许多应用领域中需求较高。
而532nm激光倍频技术可以将其频率提高到原来的2倍，即产生266nm的紫外激光。
532nm激光倍频原理详解1.荧光物质的选择：为实现532nm激光倍频，首先需要选择合适的荧光物质，如β-BBO晶体。
2.波长调节：通过调整激光器的光路和外加电场，将532nm激光的频率调整到特定值，以匹配荧光转化的需求。
3.双倍频效应：当532nm激光通过β-BBO晶体时，由于晶体的非线性光学特性，波长减半，产生266nm的紫外激光。
4.激光束整形：通过使用适当的光学组件，可以对266nm激光进行整形，使其满足具体应用的需求。
应用领域1.生物医学：532nm激光倍频技术在生物医学中广泛应用于显微成像、荧光染料激发等领域。
2.光通信：532nm激光倍频可以提供更高的传输速率和更高的带宽，因此在光通信领域有着重要的应用价值。
结论532nm激光倍频技术是一种重要的激光技术手段，通过选择合适的荧光物质和调节激光波长，可以实现532nm激光频率的加倍，从而产生更短波长的激光。
该技术在生物医学和光通信等领域有着广泛的应用前景。
激光倍频演示实验报告
一、实验目的1. 了解激光倍频的基本原理；2. 掌握激光倍频实验的操作步骤；3. 观察激光倍频现象，分析影响倍频效率的因素。
二、实验原理激光倍频是指激光经过非线性光学晶体或材料后，其频率翻倍的现象。
在激光倍频过程中，原始激光光束通过非线性光学晶体，与晶体中的电子相互作用，使电子发生能级跃迁，从而产生频率翻倍的倍频光。
三、实验仪器与材料1. 实验仪器：- 激光器（如 Nd:YAG 激光器）- 非线性光学晶体（如 LBO、BBO）- 光学平台- 光电探测器- 信号处理器- 数据采集系统2. 实验材料：- 激光倍频晶体（如 LBO、BBO）- 激光倍频实验样品（如光路板、光纤等）四、实验步骤1. 将激光器输出的激光束耦合到光纤中，通过光纤传输至非线性光学晶体；2. 将非线性光学晶体放置在光学平台上，调整晶体的位置和角度，以获得最佳的倍频效果；3. 使用光电探测器检测倍频光输出，记录数据；4. 通过信号处理器处理数据，分析倍频效率；5. 改变实验条件，如激光功率、晶体温度等，观察倍频效率的变化。
五、实验结果与分析1. 实验结果显示，当激光功率为 1 kW，晶体温度为25℃ 时，倍频效率最高，约为 10%；2. 当激光功率增加时，倍频效率也随之增加，但增幅逐渐减小；3. 晶体温度对倍频效率有一定影响，当温度过高或过低时，倍频效率均有所下降；4. 实验中观察到的倍频光波长为 532 nm，符合理论预测。
六、实验总结1. 通过本次实验，我们了解了激光倍频的基本原理和操作步骤；2. 实验结果表明，激光倍频技术在光通信、激光医疗等领域具有广泛的应用前景；3. 在实验过程中，我们发现激光功率、晶体温度等因素对倍频效率有较大影响，需要进一步优化实验条件；4. 激光倍频技术的研究与发展，对于拓展激光应用领域具有重要意义。
注：本实验报告仅供参考，实际实验过程中可能存在误差和差异。
光倍频原理
光倍频原理
光倍频是一种重要的非线性光学效应，它可以将一个光波的频率加倍，从而产
生新的频率加倍的光波。
这一原理在激光技术、光通信、光谱分析等领域都有着重要的应用。
在本文中，我们将介绍光倍频的基本原理、应用和相关技术。
光倍频的基本原理是什么呢？在介绍光倍频的原理之前，我们先来了解一下非
线性光学效应。
非线性光学效应是指光在介质中传播时，由于介质极化率与电场强度不成线性关系而产生的光学效应。
而光倍频就是其中的一种。
当一个光波通过非线性介质时，介质中的电子会受到光场的作用而发生振动，从而产生新的频率加倍的光波。
这一过程可以用非线性极化来描述，即介质的极化率与电场强度的平方成正比。
光倍频的应用非常广泛。
在激光技术中，光倍频可以用来产生更短波长的激光，从而实现更高分辨率的成像。
在光通信中，光倍频可以用来实现光信号的频率转换，从而实现光信号的调制和解调。
在光谱分析中，光倍频可以用来产生特定波长的光，从而实现对样品的精确检测。
为了实现光倍频，需要使用特定的非线性光学晶体或非线性光学波导。
这些材
料通常具有较高的非线性极化率，从而能够产生明显的光倍频效应。
此外，还需要精确控制光波的入射角度、偏振状态和相位匹配条件，以确保光倍频效应的高效率和稳定性。
总的来说，光倍频是一种重要的非线性光学效应，它可以实现光波频率加倍，
从而产生新的频率加倍的光波。
它在激光技术、光通信、光谱分析等领域都有着重要的应用。
通过精确控制光波和选择合适的非线性光学材料，可以实现高效率和稳定性的光倍频效应，为相关领域的发展提供了重要的技术支持。
激光倍频技术
E = E0 cos ωt
x x+dx
x
在x=d面上，整个出射的倍频光
E ' ( 2ω ) ∝ dk 2 2k + k π sin cos(2ωt 1 2 d + ) k 2 2 2
式中 k = 2k1 + k2 出射倍频光的光强为
d dk 2 d k 2 2 )2 I ' (2ω ) ∝ ( sin ) = d2( l k k 2 2 sin
激光倍频技术
当入射到介质的光波 E = E0 cos ωt 很强时， 如非线性晶体的极化系数很大， 则晶体中产生的 电极化强度
基频成份 直流成份 倍频成份
2 2
P = αE + β E 2 = αE0 cos ωt + βE0 cos ωt 1 1 2 = βE0 + αE0 cos ωt + βE02 cos 2ωt 2 2
当 k = 0 时， I ' (2ω ) 为极大。
激光倍频技术与非线性晶体材料有关。
非线性晶体
滤色片
π 倍频次波辐射 与倍频极化波相位差 2
d
入 射 激 光 x=0 x~x+dx x=d
E0 cos ωt E ' (ω )
基频 次波 辐射 倍频 次波 辐射
E ' ' (2ω )
O
π dE ' (2ω ) ∝ cos[2ωt 2k1 x + ]dx 2 π dE ' (2ω ) ∝ cos[2ωt 2k1 x + k 2 (d x)]dx 2
由于电化极强度 包括三种成分， 产生了基 频极化波 P (ω ) 和倍频极化波 P (2ω ) ，又产生相 应的基频次波辐射 E ' (ω ) 和倍频次波辐射 E ' (2ω ) 这就是倍频光产生的机理，
实验六 激光倍频实验
实验三激光倍频实验一．实验目的和内容1、半导体泵浦0.53μm绿光激光器由于其具有波长短，光子能量高，在水中传输距离远和人眼敏感等优点。
效率高、寿命长、体积小、可靠性好。
近几年在光谱技术、激光医学、信息存储、彩色打印、水下通讯、激光技术等科学研究及国民经济的许多领域中展示出极为重要的应用, 成为各国研究的重点。
2、半导体泵浦0.53μm绿光激光器适用于大学近代物理教学中非线性光学实验。
本实验以808nm半导体泵浦Nd：YVO激光器为研究对象，让学生自己动手，调整4激光器光路，在腔中插入KTP晶体产生532nm倍频激光，观察倍频现象，测量阈值、相位匹配等基本参数。
从而对激光技术有一定了解。
二、实验仪器1．808nm半导体激光器≤500mW2．半导体激光器可调电源电流0～500mA3．Nd:YVO晶体 3×3×1mm44．KTP倍频晶体 2×2×5mm5．输出镜（前腔片）φ6 R=50mm6．光功率指示仪 2μW～200mW 6挡三、实验基本原理光的倍频是一种最常用的扩展波段的非线性光学方法。
激光倍频是将频率为ω的光，通过晶体中的非线性作用，产生频率为2ω的光。
当光与物质相互作用时，物质中的原子会因感应而产生电偶极矩。
单位体积内的感应电偶极矩叠加起来，形成电极化强度矢量。
电极化强度产生的极化场发射出次级电磁辐射。
当外加光场的电场强度比物质原子的内场强小的多时，物质感生的电极化强度与外界电场强度成正比。
P=εχE在激光没有出现之前，当有几种不同频率的光波同时与该物质作用时，各种频率的光都线性独立地反射、折射和散射，满足波的叠加原理，不会产生新的频率。
当外界光场的电场强度足够大时（如激光），物质对光场的响应与场强具有非线性关系：P=αE+βE2+γE3+…式中α，β，γ，…均为与物质有关的系数，且逐次减小，它们数量级之比为其中E为原子中的电场，其量级为108V/cm，当时上式中的非线性项 E2 、E3 等原子均是小量，可忽略，如果E很大，非线性项就不能忽略。
光的倍频原理
光的倍频原理光的倍频原理是指通过某种方法将光的频率增加到原来的倍数。
光的频率是指单位时间内光波重复出现的次数，单位是赫兹（Hz）。
光的倍频主要可分为非线性倍频和线性倍频两种。
非线性倍频是指在非线性光学材料中，通过非线性光学效应将光的频率增加到原来的倍数。
非线性光学材料具有非线性响应特性，即光强与电场强度的关系不是线性的，而是非线性的。
其中，最常见的非线性光学材料是二甲基亚砜(Dimethyl Sulfoxide，简称DMSO)，它具有良好的非线性效应。
非线性倍频中的主要过程是二次谐波产生，即将输入的基频光波的频率加倍。
例如，将一束红光（波长为632.8nm）射入非线性光学材料中，通过二次谐波产生，可以得到一束波长为316.4nm的绿光。
线性倍频是指通过光学器件中的非线性效应将一束光的频率增加到原来的倍数。
常见的线性倍频器件有倍频晶体、掺铒光纤和光纤拉伸器等。
其中，倍频晶体是线性倍频中最常用的器件。
通过频率加倍效应，倍频晶体可将输入的光源频率扩展到原来的二倍。
倍频晶体一般由非线性晶体（如β-BaB2O4，简称BBO）制成。
当一束入射光穿过倍频晶体时，晶体中的非线性效应会导致光的频率翻倍。
例如，将一束波长为1064nm的红外激光传入BBO晶体，可以得到一束波长为532nm的绿光。
光的倍频原理在实际应用中有很多重要的应用。
例如，在激光技术中，光的倍频可以用于激光器的频率加倍、波长转换和频谱展宽等。
另外，光的倍频也常用于实验室中的光学实验，例如通过倍频晶体可以获得更高频率的光源以满足实验需求。
此外，光的倍频还在光通信、光制造、光学测量和光学信息处理等领域有重要应用。
总而言之，光的倍频原理是通过非线性效应或线性倍频器件将光的频率增加到原来的倍数。
非线性倍频通过非线性光学材料中的二次谐波产生，线性倍频通过倍频晶体等器件实现。
光的倍频在激光技术和光学实验中具有重要应用，对于促进光学科学的发展和应用具有重要意义。
激光倍频晶体原理
激光倍频晶体原理
激光倍频晶体是一种能够将激光的频率倍增的器件。
它通过将入射的激光束经过非线性晶体的作用，使得原本的激光光束的频率提高一倍或者多倍。
激光倍频晶体的原理主要涉及到二阶非线性光学效应，其中最常用的晶体包括KDP（磷酸二氢钾）、BBO（βBaB2O4）等。
具体原理如下：
1.二阶非线性效应：二阶非线性效应是指晶体在外加电场或光场的作用下，产生的电极化率与电场强度或光强度的平方成正比。
这种效应在晶体中存在，是由于晶体具有空间反转对称性破缺导致的。
2.非线性晶体中的二次谐波发生：当入射的激光束通过非线性晶体时，由于晶体的二阶非线性效应，使得激光光强平方的部分能量被转换为频率加倍的二次谐波光。
这个过程称为频率倍增。
3.相位匹配条件：为了实现频率倍增，需要满足相位匹配条件。
相位匹配条件是指入射激光的频率和倍频后的频率在晶体中产生相位匹配，使得二次谐波的辐射具有相干性和高效率。
4.温度和角度调整：由于非线性晶体的折射率与温度和角度有关，需要通过调整晶体的温度和角度来实现频率倍增的相位匹配条件。
通过以上原理和步骤，使用激光倍频晶体可以将入射的激光光束的频率提高一倍，甚至更高倍数，实现光学信号的频率转换和调整。
这在激光技术的应用中具有重要意义，特别在光通信、光谱分析、激光雷达等领域得到了广泛应用。
激光倍频实验讲解
非线性效应系数是决定极化强度大小的一个重要物理量。
在线性关系P＝χ（1）E中对各向同性介质，χ（1）是只与外电场大小有关而与方向无关的常量；对各向异性介质，χ(1)不仅与电场大小有关，而且与方向有关。在三维空间里，是个二阶张量，有9个矩阵元dij，每个矩阵元称为线性极化系数。
在非线性关系P＝χ（2）E2中，χ（2）是三阶张量，在三维直角坐标系中有27个分量，鉴于非线性极化系数的对称性，矩阵元减为18个分量，在倍频情况下
实验证明，只有具有特定偏振方向的线偏振光，以某一特定角度入射晶体时，才能获得良好的倍频效果，而以其他角度入射时，则倍频效果很差，甚至完全不出倍频光。根据倍频转换效率的定义
，（15）
经理论推导可得（为突出物理图象和实验技术，理论推导在此不作详细介绍）
。（16）
η与L∙∆k/2关系曲线见图1。图中可看出，要获得最大的转换效率，就要使L∙∆k/2＝0，L是倍频晶体的通光长度，不等于0，故应∆k＝0，即
，（12）
P和E的下角标x，y，z表示它们在三个不同方向上的分量。鉴于各种非线性晶体都有特殊的对称性，就像晶体的电光系数矩阵一样，有些dij为零，有些相等，有些相反。因此无对称中心晶体的dij，独立的分量数目仅是有限的几个。例KDP（或KD*P）晶体，有
,（13）
其中d14＝d25，在一定条件下，还可以有d14＝d36。又如铌酸锂晶体，有
1．倍频实验
让He―Ne光通过晶体，注意He―Ne光的偏振方向应垂直于光轴，光轴方向应预先测出。调节晶体，使He―Ne光垂直通过光端面。并把透镜前后调节，使He―Ne光聚焦于晶体的前端端面以外一点，这样可避免损坏晶体，又可争取更大功率密度，当调节完成以后，插沪光片于E和F之间。放白纸屏于摄谱仪前面。这一切工作好以后，点亮釹玻璃激光器，强的1.06μm激光脉冲经晶体倍频后，产生绿光，这时在白纸屏上可看到一个绿点。
激光自倍频晶体简介
激光自倍频晶体简介1、激光倍频激光倍频也称二次谐波（SHG），是利用非线性晶体在强激光作用下的二次非线性效应，使频率为ω的激光通过晶体后变为频率为2ω的倍频光，也是首个在实验上被观测到的非线性光学效应。
1961年，美国密歇根大学的Franken等人发现红宝石激光(694.3nm)通过石英晶体后产生了一条波长为347.15nm 的新谱线[1]，新产生的光的频率正好是原入射光的两倍，也就是光倍频现象。
这不同于以往的线性光学现象，标志着非线性光学的开端。
Franken实验原理图激光倍频技术大大扩展了激光的波段，是将激光向短波长方向变换的主要技术方法。
激光倍频在激光技术中被广泛采用，为得到波长更短的激光可多级倍频，目前已达到实用化的程度，并且有商品化的器件和装置，具有非常广泛的应用。
2、自倍频晶体自倍频激光晶体是通过在非线性光学晶体中掺入激活离子（通常是Nd3+或Yb3+），使其同时具有激光发射和非线性光学倍频两种功能，在产生红外波长的基频光的同时对其进行倍频。
典型的自倍频晶体有掺杂钕离子的四硼酸铝钇（NYAB）、掺杂镱离子的四硼酸铝钇（Yb:YAB）、掺杂钕或镱离子的硼酸钙氧盐（Nd/Yb:RECOB）等晶体。
1）NYAB晶体用半导体激光器（LD）抽运NYAB晶体最高可获得225mW 的自倍频绿光输出（光光转换效率为14％），而用钛宝石作为抽运源绿光输出功率可提高到450mW[2]。
但是，NYAB 晶体的不均匀性很难通过改善晶体生长条件或其它措施来解决，极难获得高光学质量的单晶。
除此之外，NYAB晶体在530nm倍频光处存在较强的吸收，不利于自倍频绿光的产生。
这使得NYAB自倍频激光器的应用受到限制。
2）Yb:YAB晶体Yb:YAB晶体的主吸收峰在976nm处，用功率11W的LD 抽运Yb:YAB晶体，可获得4.3W的基频光波输出（斜效率为48％），最终实现了1.1W的自倍频绿光输出（光光转换效率为10％）[3]。
脉冲激光器的调Q和倍频
脉冲激光器的调Q 和倍频实验目的1. 熟悉Nd:YAG 激光器的结构。
2. 了解和掌握利用晶体的线性电光效应实现激光调Q 的原理。
3. 了解和掌握激光倍频技术的基本原理和倍频晶体相位匹配的方法。
实验原理激光调Q 技术就是使激光谢振腔的Q 值发生变化，使激光工作物质的受激辐射压缩在极短的时间内发射的一种技术。
具体的讲就是在光泵开始激励的初期，使腔内的损耗很大，Q 值很低，这使激光振荡的阈值很高，使激光振荡不能形成，因而上能级的反转粒子数大量积累。
当积累达到最大值时，突然时谐振腔的损耗变小，Q 值突增，这时反转粒子数密度比阈值大得多，使激光振荡迅速建立，腔内像雪崩一样以极快的速度建立起极强的振荡，于是在极短的时间内输出一个极强的激光脉冲。
调Q 激光脉冲峰值功率一般都高于兆瓦级，而脉冲宽度只有10-8~10-9秒，因而通常将这种脉冲称为激光巨脉冲。
激光谐振腔内的损有多种，用不同的方法来控制腔内不同的损耗，就形成了不同的调Q 技术，例如控制反射损耗的有转镜调Q 技术、电光调Q 技术，控制吸收损耗的有染料调Q 技术，控制衍射损耗的有声光调Q 技术等。
倍频技术就是将频率为ω的强激光束入射到某些非线性晶体，通过强光与物质的相互作用，产生2ω的二次谐波的技术。
倍频技术是目前由较低频率的激光转换为较高频率激光的最成熟和最常用的频率转换技术，也是最早被利用的非线性光学效应。
当光与物质相互作用时，就会带起原子外层电子的位移，产生电偶极矩r e m =,其中e 为负电中心的电荷量，r 是负电中心相对于正电中心的距离。
单位体积内偶极矩的总和为极化强度P ，m N P =,N 是单位体积内的原子数。
极化强度的大小和方向随外电场的变化而变化，这种极化场就会产生电磁波的辐射。
如果入射到介质上光束的频率为ω，电场矢量为t E t E E πνω2cos cos 00 ==由于光的作用，产生的极化强度P 与外电场强度矢量E 之间的关系为+⋅+⋅=E E E P )2()1(χχ式中)1(χ, )2(χ为与时间、位置无关的常数，成为介质的极化系数，且有 )3()2()1(χχχ>>>>当入射光很弱时，极化系数的高阶项都可忽略不计，则(2)可简化 t E E P L ωχχcos 0)1()1( ⋅=⋅=这就表明弱光照射下，介质的极化强度矢量与电场强度成线性关系，其频率与入射光频率相同。
倍频激光原理
倍频激光器的原理激光激光是受激辐射光的简称，其原理是：当原子系统受到外来光子作用下，且外来光子能量刚好是原子系统某两个高低能级的能量差，即hv21=E2-E1时，则处于高能级E2的粒子可能会在这个光子的诱发下，而跃迁到低能级 E1并发射一个与原外来光一模一样的光子，这种过程称之为光的受激辐射。
受激辐射产生的光就叫做激光。
激光器要使受激辐射起主要作用而产生激光，必须满足三个前提条件：1.有提供放大作用的增益介质作为激光工作物质，（YAG激光器采用掺钕离子的钇铝石榴石制成的晶体棒）。
2.有外界激励能源，使介质上下能级产生粒子数反转分布。
（YAG激光器，采用氪灯或氙灯或半导体激光二极管泵浦，即用光轰击YAG晶体使其中的Nd3+产生粒子数反转分布，聚光腔起辅助作用，目的是使灯发出的光尽可能多的反射或散射到YAG晶体上）。
3.有激光谐振腔，使受激辐射光在谐振腔中产生震荡，（最简单常见的是由一块半反镜，一块全反镜构成，激光由半反镜输出）。
谐振腔相当于激光器的正反馈，没有谐振腔即是一个光放大器，引进谐振腔而使放大光产生振荡形成激光振荡器，成为激光器。
因此，一个完整的激光器应包括：工作物质、外界激励能源、谐振腔。
YAG激光器YAG激光器是固体激光器的一种，它的工作物质是掺钕钇铝石榴石晶体（YAG），即简称YAG激光器。
泵浦源泵浦源是为工作物质提供能量，使工作物质内原子产生受激辐射从而产生激光。
YAG激光器的泵浦源一般采用椭圆柱腔，氪灯和激光棒分别置于椭圆柱腔的两个焦点轴上，因椭圆的一个焦点（如氪灯）发出的光经一次反射或直射可达另一个焦点上（激光棒），所以，这种结构可以将氪灯发出的光尽可能多的汇聚在激光棒上。
不同的激光有不同的泵浦源。
倍频绿激光YAG激光器产生的激光的波长为1064nm，其波长比红色光的波长还要长，位于可见光范围外，属于红外线区域，因此，这种光可以称之为红外激光。
如果我们通过特定的方法，将1064 nm的红外激光的波长缩短为原来的一半（也就是频率增大为原来的一倍），那么，将产生一种波长为532nm的激光，它的波长正好处于可见光的绿光部分，因此，这种光我们称之为“绿激光”，而将YAG激光的频率增大一倍的技术，我们称之为“倍频”。
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2008211402班08211789号高阁
激光倍频演示实验
演示目的
演示激光倍频现象，以期对非线性光学有初步感受。
实验原理
某些晶体在光的作用下，会产生非线性极化，因而可以产生倍频光。
这里展示的是一种腔外倍频的装置。
放在两反射镜间的YAG棒，在光泵激励下发射1.06微米波长的红外激光。
它通过按特定方向切割的碘酸锂晶体（或其它倍频晶体）时，出射的除了1.06微米的激光外，还有波长为0.53微米（为入射光波长的一半，即其频率的一倍）的绿光。
操作说明
1．开总控开关“1”，水泵与风扇工作，频率与预燃指示灯亮；
2．开主电开关“2”，电压表显示电压；3．开放电开关“3”，激光输出。
4．关机时先关放电开关“3”，再关主电开关“2”，最后关总控开关“1”，顺序
与开机相反；
5．遇有紧急情况，可直接关总控开关。
安全注意事项：
1．激光不能直接对准人眼；
2．激光输出方向应放置光屏拦截；
3．电源上的其他按钮不能随意按动。
实验拓展
随着激光技术的发展，激光器件种类也不断增多，但工作波长却还是十分有限。
对于固体激光更是如此，目前固体激光器工作波长主要是0.6943微米和1.06微米。
这远不能满足实际需要。
例如水下通信和探测等工作，需要在水下能传输的激光；而1.06微米和0.6943微米的光，在水下传输性能十分差。
人们利用倍频技术，将1.06微米的红外光转换成0.53微米的绿光，就能较好的适应这种需要。
将0.6943 微米的红宝石激光，倍频后获得强的紫外激光，可适应于某些光化学反应的需要。