激光自倍频晶体简介
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。
掺钕硼酸钙氧钆激光自倍频晶体通用技术条件及测试方法
掺钕硼酸钙氧钆激光自倍频晶体通用技术条件及测试方法掺钕硼酸钙氧钆激光自倍频晶体通用技术条件及测试方法一、引言掺钕硼酸钙氧钆（Nd:YCOB）晶体是一种重要的光学材料，具有优异的光学性能和较宽的适用温度范围。
它广泛应用于激光器、光通信、医学、测距等领域。
而激光自倍频技术作为一种重要的激光频率转换技术，能够将激光波长缩短到目标波长，提高激光器的工作效率和输出功率。
掺钕硼酸钙氧钆激光自倍频晶体的通用技术条件及测试方法至关重要。
二、掺钕硼酸钙氧钆激光自倍频晶体的基本特性1. 光学特性掺钕硼酸钙氧钆激光晶体具有较高的激发截面和较宽的荧光光谱带宽，适合用于激光器工作波长的选择。
2. 温度特性由于其晶体结构的稳定性，掺钕硼酸钙氧钆晶体在较宽的温度范围内保持稳定的光学性能，适用于复杂的工作环境。
三、掺钕硼酸钙氧钆激光自倍频晶体的技术条件在实际应用中，掺钕硼酸钙氧钆激光自倍频晶体的技术条件包括但不限于以下几个方面：1. 晶体生长条件掺钕硼酸钙氧钆晶体的生长需要严格控制温度、压力和化学成分等参数，以确保得到高质量的晶体。
2. 激光器工作条件在激光器中，掺钕硼酸钙氧钆晶体的工作温度、泵浦光束的功率和光束的聚焦度等参数需要进行精细调控，以获得理想的激光效果。
3. 自倍频条件自倍频技术要求掺钕硼酸钙氧钆晶体具有特定的晶格结构和光学性能，能够在受激辐射过程中实现频率加倍。
四、掺钕硼酸钙氧钆激光自倍频晶体的测试方法1. 光学测试通过测量掺钕硼酸钙氧钆晶体的吸收光谱、荧光光谱和折射率等光学性能参数，评估其适用于自倍频技术的能力。
2. 热学测试考察掺钕硼酸钙氧钆晶体在不同温度下的光学性能，包括折射率温度变化系数和热光系数等参数。
3. 频率调节测试通过调节激光器输出波长和功率等参数，评估掺钕硼酸钙氧钆晶体在自倍频过程中的频率调节范围和效率。
五、我对掺钕硼酸钙氧钆激光自倍频晶体的个人观点和理解作为一种重要的激光器材料，掺钕硼酸钙氧钆晶体具有广阔的应用前景和发展空间。
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。
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]。
倍频晶体原理
倍频晶体原理嘿，朋友们！今天咱来聊聊倍频晶体原理这个神奇的玩意儿。
你说这倍频晶体啊，就像是一个魔法盒子。
咱平时看到的光，就好比是一群小伙伴，它们有着自己特定的节奏在奔跑。
而倍频晶体呢，就像是一个厉害的指挥家，能让这些小伙伴改变节奏，重新列队！这是不是很神奇呀？想象一下，本来那些光小伙伴们按照自己的步伐前进，突然遇到了倍频晶体这个指挥家，它大手一挥，嘿，光小伙伴们就乖乖听话，变成了频率翻倍的新队伍啦！这可不得了，这一变化就让光有了新的特性和用途。
咱生活中的好多高科技玩意儿可都离不开倍频晶体呢！就好像没有它，有些魔术就变不出来一样。
它能让我们看到更清晰、更亮丽的图像，也能让一些仪器变得更加精准和厉害。
比如说在激光领域，倍频晶体就像是一个超级助力器。
没有它，那些激光可能就没那么酷炫，没那么强大啦！它能把激光的能量提升一个档次，让其发挥出更大的作用。
就好像一个大力士，给原本就厉害的拳头又加了一把劲。
那倍频晶体是怎么做到这一切的呢？其实啊，这就像是一场奇妙的舞蹈。
光进入倍频晶体后，就像是舞者踏上了舞台，在晶体的特殊结构和性质的引导下，开始跳出全新的舞步，从而实现频率的改变。
而且啊，不同的倍频晶体还有着不同的特点和本领呢！就跟人一样，各有各的性格和专长。
有些倍频晶体擅长处理某种特定的光，有些则在其他方面表现出色。
这可真是丰富多彩，让人惊叹不已！咱再想想，如果没有倍频晶体，那我们的科技发展得少了多少乐趣和突破呀！那些漂亮的激光表演可能就没那么精彩了，医疗领域的一些先进设备可能也没那么好用了。
所以说呀，倍频晶体原理可真是个宝贝！它就像隐藏在科技世界里的魔法，让一切变得更加奇妙和不可思议。
咱得好好感谢那些发现和研究倍频晶体的科学家们，是他们让这个魔法盒子为我们所用，给我们的生活带来了这么多的改变和惊喜。
总之，倍频晶体原理就是这么牛，就是这么让人佩服！它是科技世界里不可或缺的一部分，是推动我们不断前进的强大力量。
大家说是不是呀！原创不易，请尊重原创，谢谢!。
倍频晶体的倍频原理
倍频晶体的倍频原理倍频晶体是一种不可或缺的元件，它可以将输入信号的频率提高到输入信号频率的整数倍。
它具有广泛的应用领域，包括无线电通信、光学通信和高科技数字电子设备中的数码信号处理等。
倍频原理倍频晶体的工作原理基于二阶非线性光学效应，即二次谐波发生器。
在这种情况下，信号的频率被倍增。
简单来说，倍频器最重要的参数是能够许多倍增加信号的显性非线性性质。
假设我们有一个信号的频率为 f0，并将其输入到一个二次谐波发生器中。
这个二次谐波发生器包含一块非线性晶体材料。
当输入信号经过晶体时，它将被分裂为两条具有相等频率的信号，分别为2f0和f0。
为了更好地理解这个过程，可以将这个二阶非线性现象与线性效应进行比较。
线性效应中，输入信号只会产生与输入信号频率相同的单一输出信号。
但是在二阶非线性效应中，输出信号的频率是输入信号频率的倍数。
倍频器的结构倍频晶体通常由硼酸锂 (BBO) 和 phasematching 浏阳铁线石 (PPMgLN) 晶体材料制成。
它们可以被制成具有大小不同的结构，以满足不同的应用需求。
相位匹配是倍数器工作的一个关键因素，它确保二次谐波与输入信号的相对相位为零。
在一个典型的倍数器中，输入信号会进入输入端口，并通过内部的光学透镜系统，在晶体中进行相位匹配。
当二次谐波产生后，它会经过衰减器和光学滤波器，以消除其他频率和参数噪声。
应用领域倍频器的应用非常广泛，包括光通信、无线电通讯、数码信号处理和高科技数字电子设备中。
其中，光通信中的倍频晶体尤其重要，它可以将激光器产生的光信号频率倍增，使其可以传输更高速的数据。
在无线电通讯领域中，倍频晶体也扮演着重要的角色。
它可以将射频信号的频率提高到更高的频率范围，以便通过带宽更宽的信道进行传输。
此外，倍频晶体还可以用于汽车雷达和无线电识别等应用。
在数码信号处理方面，倍频晶体可以用于数字音频处理和视频处理等领域。
由于它的高可靠性和低失真，倍频器已成为数字音频和视频处理中不可或缺的元件。
YbYCOB非线性光学晶体的生长及其自倍频性能研究
自倍频晶体是一类同时具有激光和非线性效应的复合功能晶体。
基于自倍频性能制作的全固态激光器有着结构简单、紧凑、体积小、稳定性高等优点，在激光器的小型化方面有着良好的应用前景。
采用提拉法生长了Yb3+掺杂的钙氧硼酸钇（Yb:YCa4O(BO3)3，Yb:YCOB）晶体，并对其自倍频激光性能进行了研究。
实验所用晶体的掺杂浓度为20%，切向为（θ=120°，ψ=-38°），通过对晶体位置以及晶体温度的调整，获得了710 mW 的自倍频绿光输出，输出波长为523 nm。
这是目前为止，Yb:YCOB 晶体获得的最高自倍频绿光输出。
常用激光光学元器件介绍
存在像差的光斑
理论焦点处光斑
滤光片 用于CCD前，防止加工物体反射回来的激光打伤 CCD，并且使物体加工过程中仍有清晰的图像。 透光辨别方法：对着光看，能看到 什么颜色就是透什么颜色 注意：不可让激光直接透过
有色玻璃滤光片
干涉滤光片
4、偏振器件及其它
激光具有线偏振特性
激光的偏振会影响加工质量
偏振分光光路
4.1 偏振基础
分类：自然光、部分偏振光、线偏振光 偏振度P:
聚焦光斑 聚焦镜焦距 ＝ 光纤芯径 准直镜焦距
光学共轭关系
D1为物方点大小，L1为物方点到透镜距离 D2为像方点大小，L2为透镜到像点的距离 其它情况不变的情况下，L1越大，L2越小， D2也越小。
3、保护系统
聚焦镜保护玻璃 防止加工物体的飞溅物或烟尘直接污染透镜。
设备防护镜片 设备上的透明罩，用于观察并防激光辐射。 防护眼镜 保护眼睛直接被辐射。
其它元件
主要内容
1.光路转折系统 2.聚焦系统 3.保护系统 4.偏振器件及其它 5.元器件清洁 6.聚焦透镜
1、光路转折系统
HG7老光路
HG7新光路
重要参数： 1.透射率及反射率 2.平面度 3.激光损伤阈值 4.镜片材料 5.厚度
2、聚焦系统
聚焦系统有个很重要的参数，即聚焦光 斑大小，公式为：
f-θ透镜，又称场镜，通常由三到五 片单透镜组合而成，用于激光扫瞄
显微聚焦镜：外形跟显微物镜相似， 不仅具有显微物镜放大的作用，还具 有激光聚焦作用，用于激光微加工。
2.3 常用聚焦透镜类型
平凸透镜
双片聚焦
三片聚焦 多片扫描
2.４ 光纤传导聚焦
2 2 光纤数值孔径： NA n sin n1 n2 光纤传导优势： 把能量传输到需要的地方 对入射光的光束质量进行整形 耦合要求： 聚焦光斑<0.8光纤直径 入射半角< 准直聚焦 出射光发散角＝ 2
激光材料综述(晶体 陶瓷 光子晶体,光纤)
研究背景
掺钕钇铝石榴石 Nd:YAG 钛宝石晶体
激光晶体
Ti:Al2O3 矾酸钇晶体 Nd:YVO4
激光材料
光纤 陶瓷
玻璃
Contents
• Laser crystal
• Laser transparent ceramics
• photonic crystal
Laser crystal
Visible &UV Laser crystal
• 倍频：通过在谐振腔内使用非线性光学器件，使激光频率 变为原频率整数倍的技术。
• 自倍频：将激光晶体的性质和非线性光学材料的性质有机 的结合在一种晶体当中。
激发态吸收
• 上转换 能量传输
光子雪崩
Visible &UV Laser crystal
photonic crystal
堆叠法
photonic crystal
• 目前，用堆叠法来制备预制棒的技术在拉制石 英玻璃光子晶体光纤中得到了广泛的应用，并 且日趋成熟。堆叠法制备预制棒技术几乎可以 应用于任何软化点温度的玻璃材料或者聚合物 材料，并且截面形状可以得到十分精确的控制。 • 用堆叠法制备光子晶体光纤，要保证拉丝前后都有 着规则的排列在工艺上是有一定的难度，
• Raytheon 公司自2003 年末就致力于YAG 激光透明陶瓷的研究，直到 2005 年该公司采用优化合成的RE:YAG 纳米粉体成功的制备出高质量 的YAG 透明陶瓷。
Laser transparent ceramics
Konoshima 公司的YAG与Raytheon公司的YAG 和1at%Yb:YAG 陶瓷的透过率
目前实现该波段激光均采用间接的手段（非线性倍频） • LD泵浦的腔内倍频1μm 波段激光 LD泵浦腔内倍频Nd3+激光是目前最成熟的一种技术
激光倍频晶体的研究报告现状分析讲解
摘要:倍频晶体是近几年激光领域人们关注的热点之一，倍频晶体也随之开展起来。
本文通过分析国外各科研机构关于光纤激光器的倍频实验，指出各种常用倍频晶体的优点和缺陷，对未来使用倍频晶体的实验具有指导和参考价值。
关键词：倍频晶体；激光器；相位匹配Abstract: Fiber laser is the focus of attention of the people in recent years. SHG also will be developed. Based on the analysis of the scientific research institutions at home and abroad on the frequency fiber laser experiment, the paper pointed out that various monly used SHG advantages and shortings, given guidance and reference for the future use of SHG experiment.Key words: Frequency(SHG; Fiber laser; Phase-matching目录摘要ⅠABSTRACT Ⅱ引言 11 实验研究仪器 11.1 光纤激光器及其构造 11.2 光纤激光器的倍频 22 倍频晶体的现状分析22.1 倍频晶体 22.2 PPLN晶体倍频输出绿光 3 2.3 PPLN晶体倍频输出可见光 4 2.4 PPKTP晶体倍频应用 52.5PPLT晶体的倍频应用 63 结果与讨论74 前景与展望 94.1 实验成果的应用 94.2 理论研究的应用 10参考文献 12引言近年来，关于自倍频晶休的研究工作取得了重大进展。
自倍频晶体是将激光晶体和倍频晶体合二为一的一类晶体。
迄今最主要的自倍频晶体有两种：掺钦和氧化锰的视酸铿和硼酸钦忆铝。
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。
激光倍频晶体的研究现状分析讲解
摘要:倍频晶体是近几年激光领域人们关注的热点之一，倍频晶体也随之发展起来。
本文通过分析国内外各科研机构关于光纤激光器的倍频实验，指出各种常用倍频晶体的优点和缺陷，对未来使用倍频晶体的实验具有指导和参考价值。
关键词：倍频晶体；激光器；相位匹配Abstract: Fiber laser is the focus of attention of the people in recent years. SHG also will be developed. Based on the analysis of the scientific research institutions at home and abroad on the frequency fiber laser experiment, the paper pointed out that various commonly used SHG advantages and shortcomings, given guidance and reference for the future use of SHG experiment.Key words: Frequency(SHG; Fiber laser; Phase-matching目录摘要ⅠABSTRACT Ⅱ引言 11 实验研究仪器 11.1 光纤激光器及其结构 11.2 光纤激光器的倍频 22 倍频晶体的现状分析22.1 倍频晶体 22.2 PPLN晶体倍频输出绿光 32.3 PPLN晶体倍频输出可见光 42.4 PPKTP晶体倍频应用 52.5PPLT晶体的倍频应用 63 结果与讨论74 前景与展望 94.1 实验成果的应用 94.2 理论研究的应用 10参考文献 12引言近年来，关于自倍频晶休的研究工作取得了重大进展。
自倍频晶体是将激光晶体和倍频晶体合二为一的一类晶体。
迄今最主要的自倍频晶体有两种：掺钦和氧化锰的视酸铿和硼酸钦忆铝。
自倍频晶体的研究和激光应用进展
Advances in the Research and Laser Applications of Self-Frequency Doubling Crystals
CHENG Yanling， YU Haohai， ZHANG Huaijin， WANG Jiyang （State Key Laboratory of Crystal Materials，Shandong University，Jinan 250100，China）
本文综述了不同稀土离子掺杂非线性基质的发 展历程，重点总结了近年来激光自倍频晶体的突出研 究成果以及应用方面的进展。
1 非线性光学的理论基础
当光在晶体中传播时，介质会产生极化现象，当 入射光电场 E 较小时，所产生的偏振强度为
P = χE
式中，χ = n2 − 1，称为线性光学极化率。上式可以用 来描述一系列线性光学现象，如光的反射、光的折射 和光的吸收等。
收 稿 日 期 ：2021-03-25 基 金 项 目 ：国家自然科学基金重点项目（51632004）；国家自然科学基金面上项目（51772172）资助 作 者 简 介 ：程艳玲（1997-），女，硕士研究生。E-mail：yanlingcheng@ 通 信 作 者 ：王继扬（1946-），男，教授。主要研究方向为功能晶体材料生长技术与特性。E-mail：jywang@ 引 文 格 式 ：程艳玲，于浩海，张怀金，等. 自倍频晶体的研究和激光应用进展 [J]. 应用技术学报，2021，21（2）：95-108. Citation：CHENG Yanling，YU Haohai，ZHANG Huaijin，et al. Advances in the Research and Laser Applications of Self-Frequency
自倍频激光器[发明专利]
![自倍频激光器[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/0930a7085ef7ba0d4b733b8f.png)
专利名称：自倍频激光器
专利类型：发明专利
发明人：霍玉晶,王璞,吴红兵,潘恒福,蔡金星,陆宝生,周炳琨申请号：CN92109779.4
申请日：19920828
公开号：CN1070772A
公开日：
19930407
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种新型自倍频激光器，属于激光技术和信息领 域。
本发明是由用激光介质膜反射镜组成的激光谐 振器腔，置于该谐振腔之中的自倍频激光晶体，和泵 浦光源所组成，其特征在于所说的自倍频激光晶体为 LNYAB晶体。
它具有泵浦功率阈值低、光束质量 高、输出功率大、体积小、寿命长、效率高和性能稳定 的优点，在激光技术、光盘、激光打印、光通讯和医疗 等技术领域有重要的应用。
申请人：清华大学,山东大学
地址：100084 北京市海淀区清华园
国籍：CN
代理机构：清华大学专利事务所
代理人：廖元秋
更多信息请下载全文后查看。
常用激光光学元器件介绍
偏振分光光路
4.1 偏振基础
分类：自然光、部分偏振光、线偏振光
偏振度P:
P Imax Imin Imax Imin
偏振方向与传播方向
线偏振光 Imax
Imin
波片：相位延迟器;使偏振光的两个垂直的
波片
线偏振光之间产生一个相对的相位延迟;改
变偏振态&波片比较薄;通常需要带支架&
5、元器件清洁
表面有灰的先用气吹斜着吹 镜头液搭配：酒精+乙醚1:1 特别脏的先用丙酮擦拭 往一个方向擦;不可来回擦或绕圈擦 刚粘上指印要马上擦 用灯透射照明检查
6、聚焦透镜
EP: enter pupil EFL: effective focal length BFL: back focal length WD: working distance
耦合要求： 聚焦光斑<0.8光纤直径
入射半角<
准直聚焦
出射光发散角＝ 2
聚焦光斑＝聚焦镜焦距 光纤芯径 准直镜焦距
光学共轭关系
❖ D1为物方点大小;L1为物方点到透镜距离 ❖ D2为像方点大小;L2为透镜到像点的距离 ❖ 其它情况不变的情况下;L1越大;L2越小; D2
也越小&
3、保护系统
聚焦镜保护玻璃 防止加工物体的飞溅物或烟尘直接污染透镜&
设计光斑与实际光斑
2.1 扩束镜
扩束镜的作用 1.增加光斑直径;减小发散角; 使聚焦光斑变小 2.减小光斑的能量密度
扩束镜可视为倒置望远镜;按扩束原理分为两种 伽利略式、开普勒式
伽利略系统
开普勒系统
扩束镜的设计
扩束镜在设计的过程中;是不考虑激光器发散角 的;要求平行光进;平行光出&
激光倍频晶体应用实验
激光倍频晶体应用实验倍频晶体，用于倍频效应的一类非线性光学晶体。
其基本条件是：⑴不具有中心对称性；⑵对基频波和倍频波的透明度高；⑶二次非线性电极化系数大，这是因为倍频转换效率与此系数的平方成正比；⑷有位相匹配能力，特别是非临界匹配能力。
位相匹配角度和温度容限要在；⑸光学均匀性好，损伤阈值高；⑹物化性能稳定；⑺生长工艺比较容易，能得到足够大的晶体，在位相匹配方向上达到可用长度。
常用的倍频晶体分类⒈磷酸二氢铵（ADP）、磷酸二氢钾（KDP）、磷酸二氘钾（DKDP）、砷酸二氘铯（DCDA）、砷酸二氢铯（CDA）等晶体。
它们是产生倍频效应和其它非线性光学效应的一类具有代表性的晶体，适用于近紫外可见光区和近红外区，其损伤阈值大。
⒉铌酸锂（LN）、铌酸钡钠、铌酸钾、α型碘酸锂等晶体。
它们的二次非线性电极化系数大，而且LN、BNN等晶体的折射率对温度敏感，并且与色散效应的温度变化特性不同，可适当调节温度实现非临界匹配，它们适用于可见光区和中红外区（0.4μ-5μ）。
LN在光照下易产生折射率变化，有光损伤现象；BNN的损伤阈值比LN高，但固熔区域较宽，组分易变动而导致光学均匀性变差，较难得到性能优良的大型晶体；铌酸钾不存在固熔区，有可能得到光学性质均匀的大型晶体；α型碘酸锂是水溶液生长晶体，能培养出光学质量好的大型晶体，且损伤阈值比BNN晶体高，缺点是不具有非临界匹配能力。
⒊砷化镓、砷化铟、硫化锌、碲化镉、碲、硒等半导体晶体。
它们的二次非线性电极化系数比前两类的晶体更大，适用于较宽的红外波段。
但除硒、碲外，多数晶体无双折射效应，不能实现位相匹配。
4.硼酸盐类,偏硼酸钡(β- BaB2O4) 、三硼酸锂(LiB3O5)等。
其中,偏硼酸钡和三硼酸锂晶体是我国于20 世纪80 年代首先研制成功的, 具有非线性光学系数大、激光损伤阈值高的突出优点, 是优秀的激光频率转换晶体材料,在国际上引起了很大的反响。
适用于紫外波长段，其中KBBF 等甚至适合与深紫外波长短。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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]。
Yb:YAB晶体采用助熔剂法生长，生长
速度慢、尺寸小、均匀性较差。
除晶体本身缺陷外，Yb:YAB 晶体的转换效率较低也限制了其广泛应用。
3）Nd/Yb:RECOB晶体
硼酸钙氧盐（RECOB）晶体是20世纪90年代后期发展出来的一类新型晶体，可用提拉法生长较大尺寸、较高质量的单晶，是一种优良的非线性光学晶体。
该类晶体掺稀土激活离子后可以实现高效基频激光输出，从发现以来就成为激光自倍频领域研究的重点。
法国固体化学实验室的Aka等人用LD抽运主平面切割的Nd:GdCOB晶体，实现了115mW自倍频绿光输出（效率小于10%），输出功率和激光效率较低，不能满足实用化要求。
3、自倍频晶体的特点
自倍频晶体同时具备激光发射和非线性光学倍频效应两种功能。
基于自倍频晶体制作的全固态激光器有着结构简单、体积小、成本低、结构紧凑、稳定性高等优点,在激光器的小型化方面有着良好的应用前景。
同时Yb:YCOB晶体的荧光光谱在1000-1200nm谱段，有多个激光发射峰，通过优化抽运源和Yb:YCOB晶体的端面镀膜，可实现多个波长激光稳定输出。
自倍频激光器与胶合晶体激光器原理图上图展示了自倍频晶体激光器与传统胶合晶体激光器的差异，因自倍频晶体同时具有激光和倍频效应，所以单块晶体便可实现绿光或黄光（500-600nm）激光输出。
自倍频晶体激光器温宽测试
上图展示了自倍频晶体温度带宽测试曲线，它具有优良
的宽温稳定性，在-30℃~50℃范围内性能稳定，适合很多特种应用。
上图是Yb:YCOB荧光光谱，此晶体可稳定输出的波长:510nm、530nm、537nm、545nm、555nm、561nm、570nm、589nm。