倍频激光器的设计
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%
固体激光倍频、调Q实验
声光调Q倍频YAG激光器实验声光调制器由石英晶体、铌酸锂或重火石玻璃作为声光介质，通过压电晶体电声转换器将超声波耦合，在声光介质中产生超声波光栅，介质的折射率被周期性调制形成折射率体光栅。
在腔内采用该技术，可将连续的1064nm基频光变换成10KHz的高重复率脉冲激光，由于具有重复频率和峰值功率高的特点，可获得高平均功率的倍频绿光输出。
【实验目的】（1）掌握声光调Q连续激光器及其倍频的工作原理；（2）学习声光调Q倍频激光器的调整方法；（3）了解声光调Q固体激光器的静态和动态特性，并掌握测试方法；（4）学习倍频激光器的调整方法。
【实验原理】【实验原理】声光调Q倍频连续YAG激光器的工作原理（1）声光调Q基本原理：图1 声光调制器工作原理声光调制器是由石英晶体、铌酸锂、或重火石玻璃做为声光介质，通过电声换能器（压电晶体）将超声波耦合进去，在声光介质中产生超声波光栅。
超声波光栅将介质的折射率进行周期性调制，从而进一步形成折射率体光栅。
如图1所示。
光栅公式如下式（1）式（1）中，是声光介质中的超声波波长，为布拉格衍射角，为入射光波波长，n为声光介质的折射率。
当入射光以布拉格角入射时，出射光将被介质中的体光栅衍射到一级衍射最大方向上。
利用声光介质的这种性质，可以对激光谐振腔内的光束方向进行调制。
当加入声光调制信号时，光束偏转出腔外，不能在腔内形成振荡，即此时为高损耗腔。
在此期间泵浦灯注入给激活介质（激光晶体）的能量储存在激光上能级，形成高反转粒子数。
当去掉声光调制信号时，光束不被偏转，在腔内往返，形成激光振荡。
由于前面积累的高反转粒子数远远超过激光阈值，所以瞬时形成脉冲激光输出，从而形成窄脉宽、高能量的激光脉冲。
声光调Q激光器工作在几千周到几十千周的调制频率下，所以可以获得高重复率、高平均功率的激光输出。
（2）倍频器件工作原理：图2 倍频晶体折射率椭球及通光方向示意图由于晶体中存在色散现象，所以在倍频晶体中的通光方向上，基频光与倍频光所经历的折射率与是不同的。
实验十八__激光倍频技术及其特性分析
实验十八 激光倍频技术及其特性分析【实验目的】1、掌握倍频的基本原理和调试技能；2、了解影响倍频效率的主要因素；3、测量二倍频激光转换效率。
【实验原理】利用某些晶体在强光作用下的非线性效应，使频率为ω的激光通过晶体后，变成频率为2ω或3ω的倍频光，即为倍频技术。
它可用以扩展激光波段。
例如，可将1.06m μ的红外激光二倍频为0.53m μ的可见绿光，这对水下通讯，彩色电视等都很有实用价值的。
1、 物质极化的非线性效应物质由原子组成，原子由带正电的原子核及带负电的电子组成，一般呈中性。
但当光与物质相互作用时，原子的内能并不发生变化，只引起外层电子的位移，产生了电偶极矩,m er m =是偶极矩。
e 是负电中心的电荷量，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 Nm =，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，形成了极化波，这种极化场的变化会产生电磁辐射。
一般情况下（就是入射光的场强与原子内的场强相比十分微弱时），极化强度P 与入射光的电场E 成线性关系P xE =。
因此极化场产生的辐射与入射光场有相同的频率。
在强光照射下，物质的极化则表现为非线性的特性，极化强度与入射光场的关系的标量形式为23123P ......x E x E x E =+++ （18-1）式中的1x 、2x 、3x ……分别是线性、二次非线性，三次非线性等的极化系数，并且1x ＞＞2x ＞＞3x ，故在弱电场作用下，只能呈现出线性效应，只有对强电场才能显示出非线性效应。
在激光出现前，这种非线性现象不可能观察到，只有高强度的激光出现后，才观察到了非线性现象。
我们忽略三次以上的非线性效应，现在分两种情况来分析光波场通过非线性晶体时的二次非线性效应。
第一种情况：一列行波通过非线性晶体时的二次非线性效应距波源o 为z 处的任一点s 在t 时刻光波场的振辐可表示为0(,)cos()E z t E t kz ω=- （18-2）式中0E 为光源光波场的振辐，2/,k n πλλ=为波长，n 为晶体折射率。
倍频激光器的设计
东北石油学院课程设计2012年3月 2 日东北石油大学课程设计任务书课程光电子技术基础课程设计题目倍频激光器的设计专业电子科学与技术姓名学号主要内容、基本要求、主要参考资料等1、主要内容设计一台腔内倍频或者腔外倍频的激光器，并分析其影响转换效率的因素。
2、基本要求在论文中分析倍频激光器的工作原理，并分析其满足相位匹配的条件。
3、主要参考资料[1] 马养武,王静环,包成芳.光电子学[M].浙江大学出版社，2003.[2] 蓝信钜. 激光技术[M]，北京:科学出版社，2000．完成期限2012.2.27 ~2012.3.2指导教师专业负责人年月日目录第1章概述 (1)第2章光倍频原理与技术 (2)2.1光倍频原理 (2)第3章倍频激光器的设计 (4)3.1倍频原理 (4)3.2腔内倍频激光器的设计 (7)总结 (10)参考文献 (11)第1章概述激光技术对国民经济及社会发展的重要作用激光技术是二十世纪与原子能、半导体及计算机齐名的四项重大发明之一。
三十多年来，以激光器为基础的激光技术在我国得到了迅速的发展，现已广泛用于工业生产、通讯、信息处理、医疗卫生、军事、文化教育以及科学研究等各个领域，取得了很好的经济效益和社会效益，对国民经济及社会发展将发挥愈来愈重要的作用。
对传统工业的改造将发挥愈来愈显著的作用激光加工作为先进制造技术已广泛应用于汽车、电子、电器、航空、冶金、机械制造等国民经济重要部门，对提高产品质量、劳动生产率、自动化、无污染、减少材料消耗等起到愈来愈重要的作用。
例如，天津冷轧薄板厂由于采用了激光毛化技术，将面临倒闭的企业起死回生，仅1995年生产了6亿元的激光毛化钢板，出口创汇数千万美元；又如西安内燃机配件厂建立了12条缸套激光热处理生产线，将缸套寿命提高了1-3倍，现已在全国范围推广，该厂近期还要扩建12条生产线，以满足用户对激光缸套的需求。
因此，发展激光产业将带动传统工业的改造和发展。
用于倍频蓝光的窄线宽半导体激光器及其控温电路的设计的开题报告
用于倍频蓝光的窄线宽半导体激光器及其控温电路的设计的开题报告一、背景介绍随着信息技术的不断发展，蓝光激光器作为其重要组成部分已经广泛应用于制造业和医疗行业等领域。
然而，传统的蓝光激光器存在很大的制造成本和工作效率方面的难题，限制了其进一步普及和应用。
因此，开发新型高功率倍频蓝光激光器及其控温电路是当前研究的热点。
二、研究目的本次研究旨在设计一种高效、低成本的倍频蓝光激光器及其控温电路，以满足现代应用领域中对高功率紫外激光的需求。
三、研究内容本研究主要包括以下内容：1. 倍频蓝光激光器的基本原理及其优化设计2. 窄线宽半导体激光器的制作和性能测试3. 控温电路的设计和实现4. 性能分析和优化四、研究方法本研究采用了理论计算、仿真模拟和实验测试相结合的方法，对倍频蓝光激光器及其控温电路的设计进行了研究。
五、预期成果本研究预计可以设计出一种高功率紫外激光器，具有以下特点：1. 高功率输出和稳定性能2. 窄线宽和扫描频率快3. 低成本和可靠性六、意义与应用价值本研究成果将为相关领域的研究和应用提供依据和支持，为现代制造业和医疗行业等领域的应用提供新的技术手段，具有重要的科学研究和实践应用价值。
七、研究进度安排本研究计划于2021年11月开始，预计持续12个月。
具体进度安排如下：1. 第一至第二个月：研究倍频蓝光激光器的基本原理及优化设计2. 第三至第五个月：设计、制作和测试窄线宽半导体激光器3. 第六至第九个月：设计和实现控温电路4. 第十至第十二个月：性能分析和优化，撰写论文并进行学术交流。
激光倍频实验讲稿
全固体（腔内/腔外）激光倍频实验一、实验目的和内容1. 了解全固体激光器的特点， 学习工作物质的入射端面与输出镜构成的谐振腔的激光器的调节；2. 掌握“倍频”的概念，了解倍频技术的意义；3. 基本掌握非线性晶体的长度，有效非线性系数，相位匹配因子对非线性转换效率的影响规律；4. 要求学生每人至少调节一次激光器，观察基频光1064nm 的输出情况，理解激光模式的含义；5. 调节非线性晶体，观察倍频光532nm 绿光的输出情况。
二、实验原理非线性光学基础光与物质相互作用的全过程，可分为光作用于物质，引起物质极化形成极化场以及极化场作为新的辐射源向外辐射光波的两个分过程。
原子是由原子核和核外电子构成。
当频率为ω的光入射介质后，引起其中原子的极化，即负电中心相对正电中心发生位移r ，形成电偶极矩r m e =， （1）其中，e 是负电中心的电量。
我们定义单位体积内原子偶极矩的总和为极化强度矢量P ，m P N =， （2）N 是单位体积内的原子数。
极化强度矢量和入射场的关系式为+++=3)3(2)2()1(E E E P χχχ （3）其中χ（1），χ（2），χ（3），…分别称为线性极化率，二级非线性极化率、三级非线性极化率…，并且χ（1）>>χ（2）>>χ（3）…。
在一般情况下，每增加一次极化，χ值减少七八个数量级。
由于入射光是变化的，其振幅为E ＝E 0sin ωt ，所以极化强度也是变化的。
根据电磁理论，变化的极化场可作为辐射源产生电磁波——新的光波。
在入射光的电场比较小时（比原子内的场强还小），χ（2），χ（3）等极小，P 与E 成线性关系为P ＝χ（1）E 。
新的光波与入射光具有相同的频率，这就是通常的线性光学现象。
但当入射光的电场较强时，不仅有线性现象，而且非线性现象也不同程度地表现出来，新的光波中不仅有入射光波频率，还有二次谐波、三次谐波等频率产生，形成能量转移，这就是所谓的频率变换。
实验七 Nd：YVO4激光器的搭建及倍频实验
实验七Nd：YVO4激光器的搭建及倍频实验一.实验目的1. 学习固体激光器的搭建，熟悉不同腔型、不同温度下激光输出功率的差异。
2.了解光在非线性材料中的非线性极化及倍频过程中的有效非线性系数计算。
3.熟悉倍频过程中的角度相位匹配、温度相位匹配方法。
4.熟悉激光倍频晶体的调节及倍频效率的测量。
二.实验原理7.1Nd:YVO4激光器的搭建本实验提供半导体激光器温控驱动电源和激光系统两部分。
驱动电源主要用于半导体激光器的电流驱动和温度控制。
电源使用细节及步骤如下：1. 用“Current Set”电流时，因为用的是2W的LD, 所以调节电流时显示的电流值最大不要超过2A。
在不制冷情况下, 电流的调节最大值会相应的减小, 因为要是室内温度比较高的话电流还没有达到最大值时系统也有可能过热报错。
2. 电源电流和TEC热敏电阻值的切换按钮为后面板的“5，电源表头显示选择开关”，拨到“Cur”，前面板显示的是电流值，如拨到“Rt1”前面板显示的是TEC1的热敏电阻值，拨到“Rt2”前面板显示的是TEC2的热敏电阻值，此值可以通过热敏电阻与温度的换算表换算为具体的温度；“TTL”调制方式开关一般不用。
3. 先开电源开关（ON），缓慢调节“Current Set”电流按钮直至所需的电流值，工作中如果“Error，过热保护指示灯”显示红灯时，请立即把“Current Set”电流按钮逆时针调到最小并关闭电源按钮（OFF），休息半小时后再工作。
每次关闭电源开关前都要把电流调节到最小。
4. 控温电流调节电位器（边上的延伸调节钮），是用来调节制冷电流值，并通过热敏电阻显示的阻值，转化为具体的控制温度，可以通过调节此旋钮实现对TEC温度的控制。
每次关闭电源开关前, 控温电流调节电位器也要逆时针调节至最小。
(其初始都是在最小的位置)5. 使用时要注意不要碰掉电源与激光器之间的插头, 系统一旦突然断电对LD及制冷片都会造成很大的损伤。
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。
端泵板条激光器的倍频
端泵板条激光器的倍频
端泵板条激光器的倍频采用直接水冷来散热，由于冷却液体直接接触增益介质，容易造成板条表面的污染，因此要求冷却液的纯净。
1969年美国通用电器公司提出板条激光器的概念，使用面泵浦的板条状晶体，通过合理设计219一Zag光路，消除一阶热聚焦、应力双折射和退偏效应，得到了更好的光束质量和更高的平均输出功率。
另外，板条激光器理论上仅受限于激光介质的应力断裂极限，从而可以开发出一些具有很大的热透镜效应而不宜做棒状的激光玻璃和晶体介质。
激光倍频实验报告
激光谐振腔与倍频实验a13组 03光信息陆林轩 033012017 实验时间：2006-4-25 [实验目的和内容]1、学习与掌握工作物质端面呈布儒斯特角的钕玻璃激光器的调节，以获得激光红外输出。
2、掌握腔外倍频技术，并了解倍频技术的意义。
3、观察倍频晶体0.53?m绿色光的输出情况。
[实验基本原理] 1、激光谐振腔光学谐振腔是激光器的重要组成部分，能起延长增益介质的作用（来提高光能密度），同时还能控制光束的传播方向，对输出激光谱线的频率、宽度、和激光输出功率、等都产生很大的影响。
图1 激光谐振腔示意图（1）组成：光学谐振腔是由两个光学反射镜面组成、能提供光学正反馈作用的光学装置，如图1所示。
两个反射镜可以是平面镜或球面镜，置于激光工作物质两端。
两块反射镜之间的距离为腔长。
其中一个镜面反射率接近100%，称为全反镜；另一个镜面反射率稍低些，激光由此镜输出，故称输出镜。
（2）工作原理：谐振腔中包含了能实现粒子数反转的激光工作物质。
它们受到激励后，许多原子将跃迁到激发态。
但经过激发态寿命时间后又自发跃迁到低能态，放出光子。
其中，偏离轴向的光子会很快逸出腔外。
只有沿着轴向运动的光子会在谐振腔的两端反射镜之间来回运动而不逸出腔外。
这些光子成为引起受激发射的外界光场。
促使已实现粒子数反转的工作物质产生同样频率、同样方向、同样偏振状态和同样相位的受激辐射。
这种过程在谐振腔轴线方向重复出现，从而使轴向行进的光子数不断增加，最后从部分反射镜中输出。
所以，谐振腔是一种正反馈系统或谐振系统，具有很好的准直，选频和放大功能。
（3）种类：图2 谐振腔的种类按组成谐振腔的两块反射镜的形状以及它们的相对位置，可将光学谐振腔区分为：平行平面腔，平凹腔，对称凹面腔，凸面腔等。
平凹腔中如果凹面镜的焦点正好落在平面镜上，则称为半共焦腔；如果凹面镜的球心落在平面镜上，便构成半共心腔。
对称凹面腔中两块反射球面镜的曲率半径相同。
如果反射镜焦点都位于腔的中点，便称为对称共焦腔。
声光调Q倍频YAG激光器实验
实验十二 声光调Q 倍频YAG 激光器实验一、实验目的<1）掌握声光调Q 连续激光器及其倍频的工作原理；<2）学习声光调Q 倍频激光器的调整方法；<3）了解声光调Q 固体激光器的静态和动态特性，并掌握测试方法； <4）学习倍频激光器的调整方法。
二、实验原理声光调Q 倍频连续YAG 激光器的工作原理<1）声光调Q 基本原理：图12-1 声光调制器工作原理声光调制器是由石英晶体、铌酸锂、或重火石玻璃做为声光介质，通过电声换能器<压电晶体）将超声波耦合进去，在声光介质中产生超声波光栅。
超声波光栅将介质的折射率进行周期性调制，从而进一步形成折射率体光栅。
如图12-1所示。
光栅公式如下式<1）式<1）中，为声光介质中的超声波波长，为布拉格衍射角，为入射光波波长，为声光介质的折射率。
当入射光以布拉格角入射时，出射光将被介质中的体光栅衍射到一级衍射最大方向上。
利用声光介质的这种性质，可以对激光谐振腔内的光束方向进行调制。
当加入声光调制信号时，光束偏转出腔外，不能在腔内形成振荡，即此时为高损耗腔。
在此期间泵浦灯注入给激活介质<激光晶体）的能量储存在激光上能级，形成高反转粒子数。
当去掉声光调制信号时，光束不被偏转，在腔内往返，形成激光振荡。
因为前面积累的高反转粒子数远远超过激光阈值，所以瞬时形成脉冲激光输出，从而形成窄脉宽、高能量的激光脉冲。
声光调Q激光器工作在几千周到几十千周的调制频率下，所以可以获得高重复率、高平均功率的激光输出。
<2）倍频器件工作原理：图12-2 倍频晶体折射率椭球及通光方向示意图因为晶体中存在色散现象，所以在倍频晶体中的通光方向上，基频光与倍频光所经历的折射率与是不同的。
图12-3给出了一个单轴晶体的色散及1064nm倍频匹配点的折射率关系曲线。
RefragtiveIndexl (m m)图12-3 单轴晶体色散曲线及倍频原理示意图图12-3中的实线代表了寻常光的折射率，点划线代表了非常光的折射率，中间的点线则代表了非常光在改变入射光角度时得到的折射率。
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。
腔内四倍频激光增强反射腔设计
摘要 ：腔内反射增强技术可有效提高紫外激光 四倍频效率 ，但反射增强腔存在多次反射光斑不重 合 、光束 发散角不 一 致的问题。为了获得更 好的光束质量 ，设计 了一种实现多 次反 射绿光光束可重现 的反射腔结构 ，采用传输矩 阵法计算 了反射光束及四倍频转换等参量。结果表明 ，可重现 的反射 腔不仅能有 效避免反 射增强腔 内光束半 径不一 致导致 的光 束 质量 差的问题 ，还可进一步提升 四倍频效率 。
第 ４Ｏ卷 第 ２期 ２０１６年 ３月
激 光 技 术
Ｌ１．４０．Ｎｏ．２ Ｍ ａｒｃｈ，２０１６
文章 编号 ：１００１．３８０６（２０１６）０２—０１９５—０４
腔 内四倍 频 激 光 增 强 反 射 腔 设 计
柯 达 ，翟苏亚 ，王小蕾 ，林海枫 ，陈玮冬 ，李丙轩 ，廖文斌 ，张 戈
Ａ ｂｓｔｒａｃｔ： Ｒｅｆ ｌｅｃｔｉｖｅ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｐｒｏｖｅｄ ｔｏ ｂｅ ａｎ ｅｆ ｉ ｃｉｅｎｔ ｗａｙ ｔｏ ｒａｉｓｅ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｅｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ２６６ｎｍ ｌａｓｅｒ
ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｂｙ ｔｈｅ ｆｏｕｒｔｈ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ （ＦＨＧ）．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅ ｒｅｐｏｒ ｔｅｄ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｃａｖｉｔｉｅｓ ｈａｖｅ ｓｏｍｅ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ，
全 固 态 ２６６ｎｍ 紫 外 激 光 普 遍 采 用 腔 外 四倍 频 （ｆｏｕｒｔｈ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ， ＦＨＧ）方 案 ，将 １０６４ｎｍ 激 光 采 用 腔 内 或 腔 外 倍 频 （ｓｅｃｏｎｄ ｈａｒ ｍ ｏｎｉｃ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ，ＳＨＧ）方式 产生 ５３２ｎｍ 绿光 ，产 生 的绿 光 在 腔外 聚 焦 单 次 通 过 偏 硼 酸 钡 （ｂａｒｉｕｍ ｍｅｔａｂｏｒａｔｅ， ＢＢＯ）晶体 ，产生 四倍频 ２６６ｎｍ激光输 出。采用 腔 四
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目录
第1章概述 (1)
第2章光倍频原理与技术....................... 错误！未定义书签。
2.1光倍频原理............................. 错误！未定义书签。
第3章脉冲紫外激光器的设计 (4)
3.1被动调Q基础........................... 错误！未定义书签。
3.2被动调Q获得基频光..................... 错误！未定义书签。
结论. (8)
参考文献 (3)
第1章概述
在被动调Q理论的指导下，充分考虑了被动调Q晶体Cr:YAG的激发态吸收效应对脉冲激光器性能的影响，延伸了Degnan的被动调Q优化理论，直接给出了优化设计过程中我们最关心的被动调Q晶体的小信号透过率与输出耦合镜的透过率关系，简化了设计程序。
在高斯光束倍频理论的指导下，改进了传统的聚焦方式，使结构更为紧凑下，获得了更高的紫外功率输出，并且该结构可同时满足三倍频，四倍频的要求。
在连续紫外的研究中，充分考虑到激光器输出镜的最佳透过率与倍频转换效率之间的关系，并由此优化倍频晶体长度。
采用简单的两镜腔结构，将二倍频、三倍频频率变换晶体同时放在腔内，还实现了355nm连续激光的输出。
LD泵浦全固态激光器从二十世纪八十年代以来获得长足的进步，紫外激光器因其在人眼安全波段，光刻的主要光源等重要应用，一直以来就是人们研究的热点。
因此，发展激光产业将带动传统工业的改造和发展。
加速我国国防技术的现代化激光技术在军事上已应用于测距、指向、制导、通讯及战术武器等，为改善武器装备的性能，提高命中率和可靠性，起到重要的作用，并有一定数量的产品出口。
图1-1自动加湿器功能原理图；2.2实现方式；要达到自动加湿器功能要做好硬件和软件设计和调试三；本系统分信号的主要有温度传感器的输入信号和单片机；2.3理论基础；2.3.1单片机；T89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除；图2-1AT89S51芯片引脚图；AT89S51共有40个引脚，大致可分为4类：电；
2.3.2DS18B20传感器；传感器是一种按
图1-1 自动加湿器功能原理图
2.2 实现方式
要达到自动加湿器功能要做好硬件和软件设计和调试三个方面的工作。
首先硬件方面，通过合理的设计单片机管脚及其他外围电路的链接，使之既有I/O口的功能，又有控制型号的功能。
由于时间仓促，没有找到合适的水位传感器，在开发过程中利用三个按钮开关代替水位传感器分别代表高、中、低水位，而加湿器开关则由一发光二级管代替，在方正过程中更容易观察系统开发效果。
这方面的内容详见硬件设计部分内容。
其次软件方面，通过合理设计软件的结构和安排子程序，使程序以
最简洁有效的方式实现目的。
最后，调试方面，程序编辑用VW8系列方针器环境，编辑过程可使用软件仿真观察，并对其进行调试。
在程序编辑完成之后使用硬件仿真，最终用烧录器将程序写入单片机进行实测。
本系统分信号的主要有温度传感器的输入信号和单片机输出的控制信号构成。
首先由单片机向温度传感器发出读信号，随后温度传感器做出响应，单片机待DS18B20完成收集到得温度信息进行AD处理并存储为数字信号后，开始读取温度值，并对其信号做位处理使之达到用户需求的精度以及计算得到相对湿度，最后通过1602LCD显示温湿度值。
另外，系统在运行过程中还有专门的控制声光报警系统、光电耦合开关的控制信号，
结论
由于倍频晶体的阈值很高，因此要获得高的倍频效率，基频波的功率密度要足够高。
这样对连续或者高重复频率的激光器，一般均采用腔内倍频方式。
如Photonics Industries采用LD泵浦的Nd:YVO4绿光激光器，两个谐振腔镜对基频波（波长为1064nm）都镀高反膜，而对二次谐波（波长为532nm）有一定的耦合输出，这样腔内的基频波功率密度就非常高，就能获得极高的二次谐波转换效率。
当LD泵浦功率为80W时，可获得16W 的100kHz 532nm绿光输出。
尽管目前在紫外激光的研究很多,但离产业化、实用化的目标很远，通过对激光器的
整体优化设计，旨在提高全固态紫外激光器的性能并产业化，
因此本文主要做了以下几个方面的工作：
1、在被动调Q理论的指导下，充分考虑了被动调Q晶体Cr:YAG的激发态吸收效应对脉冲激光器性能的影响，延伸了Degnan的被动调Q优化理论，直接给出了优化设计过程中我们最关心的被动调Q晶体的小信号透过率与输出耦合镜的透过率关系，简化了设计程序.
2、在频率变化晶体的优化选取的总前提下，详细计算倍频晶体的各主要参数，优化选取了各倍频晶体及长度，在高斯光束频率变换理论的指导下，改进了传统的聚焦方式，使结构更为紧凑下，获得了更高的紫外功率输出，并且该结构可同时满足三倍频，四倍频的要求。
3、充分考虑到激光器输出镜的最佳透过率与倍频转换效率之间的关系，详细计算了一定泵浦功率时的最佳输出镜透过率，并由此优化倍频晶体(KTP)长度的选取。
参考文献
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东北石油大学课程设计成绩评价表
指导教师：年月日。