532nm光学倍频系统

不再要求是正交光束，非线性系数可以是对角张量元， 能更容易利用较大的非线性系数（PPKTP大约是KTP的3 倍左右，PPLN是LN的7倍左右）
2019年日本索尼公司Michio Oka, Kaoru Kimura等人;PPSLT
在LD功率为7.2 W时光-光转换效率高达40%，估计倍频转换效率在 70%以上，且光束质量因数M2高达1.3
1064nm
光束口径
5mm*5mm
脉冲能量Pulse Energy 1.0J~3J
重复频率 Repetition Rate
10Hz
脉宽Pulse Width
～ 10ns
冷却方式Cooling system
循环水冷，风水热交换 water cooling
发散角Beam Divergence
< 2mrad
2n1 2n2 1 I1 sin c N 1 1
2
优点：对光波不再有偏振态的要求
能较容易地实现相位匹配，能有效的实现非线性频率转 化。在整个晶体透光波段内实现所有的非线性应用要求， 而不受常规单晶材料的相位匹配限制
避免了离散效应，可以制备大孔径晶体
倍频效率： ：
n3 η= tanh2 n1 deff κ = c
2κ
P 2 ∗ L A cε0ω0
2ω0 2 n1 n3
η = 12.35%
2009年中国科学院光电研究院林嵩，赵江山，周 翊等 PPSLT:晶体周期为7. 97 um，长度3.5mm 基频光功率1133 mW, 倍频功率655 Mw,输出效率57.8%
2019年中国科学院光电研究院
PPMgLN晶体：长度为1 mm,短周期为6.95μm,占空比接近50%,大 面积均匀的PPMgLN;在6.8 W单管激光二极管(LD)抽运的情况下, 利用通光长度仅1 mm的PPMgLN,腔内倍频获得了3.8 W的绿光532 nm激光输出,光-光转换效率高达56%
准位相匹配 Δk=0 Ps Ps
Ps
A
B1 C
非位相匹配 Δk≠0 4lc 5lc 6lc
0
1lc
2lc
3lc
SHG
2 2 2 L2 d Q I2 2 kL 2 I1 sin c 2 I1 n1 n2 1 c 0 2

2 8 L2 d eff 2 2 n1 n2 1 c 0 m 2
非线性周期性结构提供的倒格矢周期性的改变非线性系 数的符号，使基波和谐波在奇数的相干长度内相对相位 反转, 这种匹配的相位关系能使二次谐波强度在一些本 该衰减的区段得以继续增加，使谐波保持高效非线性频 率转换,
非准相位匹配时基频光与倍频光的转换
位相匹配 产 生 的 倍 频 光 强 度 Δk'=0 Ps Ps Ps
kL 2 I1 sin c 2 sin mD 2
k k K m k 2 2k1 K m
占空比
相位匹配的阶数
dQ
2d eff
m
nor
8(N ) d
2 2 2 1 2 1
2 eff
n n c 0
三，倍频系统的设计
倍频晶体：KDP
M1：对1064nm及532nm高反 M2：对1064高反，对532高透 BP：布氏角起偏器，消除空间烧孔效应，单纵模输出 Q开关及透镜：提高输出功率 KDP（6mm*6mm*12mm）:倍频，采用Ⅰ类临界位相匹 配（θ=41.1°）
采用激光器
波长Wavelength
光学倍频也称二次谐波产生，是指频率为 ω1 的 单色光波入射到非线性介质后产生频率为2ω1 的光波的现象
倍频技术扩大了激光的波段，可获得更短 波长的激光，但实际应用中对效率及稳 定性都有要求。
倍频技术的发展
1,激光器的发展
目前： LD泵浦的Nd:YVO4与Nd:YAG固体激光器
2，倍频晶体的发展
LBO晶体：抗损伤阈值高, 生长周期长, 价格 昂贵, 而且LBO 晶体非线性系数小, 即使在 中小功率中, 一般仍需要10 mm的长度以上, 造成激光器体积大
二，目前的研究方向及现状
1 高功率，高光束质量方向及现状
年份 功率 M2 频率 制造者
2019 2009年 2009 年
101W 420W 230W 34
532nm光学倍频
侯亦飞 2120190712 张波2120190732
一，倍频及倍频技术的发展
1 激光器的发展 2 倍频晶体的发展
二，目前的研究方向及现状 1 高功率，高光束质量方向及现状 2中小功率下的高转换效率方向现状
三，倍频系统的设计
一，倍频及倍频技术的发展 矛 盾
1064nm:固体激光器的主要输出波长 532nm：应用于拉曼光谱分析，激光显示，激光医疗
八十年代至目前
晶体类型 出现时间 研制者 中科院物质结构研究 所 美国 中科院物构所
BBO晶体（BaB2O4） 七十年代末
KTP（KTiPO4) LBO（LiB3O5)
八十年代初 1987
MgO:LiIO3
八十年代中期
美国
KTP 晶体：非线性系数大、价格低廉 ，但有 灰迹（光致吸收）现象, 使用KTP 的绿光激 光器通常在500 mW以下。
10kHz 10kHz 10kHz
韩国Yeungnam大学 美国coherent公司 华北光电技术研究所苑利刚
2019
103W
1.44
60kHz
清华大学
受限原因：声光Q开关关门能力不足
420W绿光输出系统构成
230W绿光输出系统
2
中小功率下的高转换效率方向现状
光子晶体进行准相位匹配
PPKTP,PPLN, PPMgLN ，PPSLT
不具有对称中心。 有较大的非线性极化系数 能以一定的方式实现相位匹配 所选用的非线性晶体应对基频光和倍频光透明 晶体的抗损伤阈值要尽可能高
基本要求：
早期：
磷酸二氢钾（KDP) LiIO3(LN) 非线性极化系数过小，转换效率 低 非线性系数虽较大，但损伤阈值 低
Ba2NaNb5O15(BNN)
难以制备高光学均匀性的光学单 晶