激光技术基础..

nω和n2ω分别为晶体对基频光和倍频光的折 射率。也就是只有当基频光和倍频光的折射 率相等时，才能产生好的倍频效果
n n
称作相位匹配条件。

2
倍频装置分为
腔内倍频 （腔内加一块起偏器，使 只有与倍频晶体所需的电 矢量E的振动方向一致的偏 振方向的光才能形成振荡 ，以提高倍频效果 ）
腔外倍频 （结构形式较为简单，但 效率低于腔内式）
Q脉冲形成过程
实现Q开关技术手段 转镜式Q开关 －－机械式 需要腔内激光为偏振光，利用 电光Q开关 晶体的电光和磁光效应调Q 磁光Q开关 声光Q开关－－超声波在均匀介质中产生介质的
折射率周期变化，使光束产生衍射，通过调整超声 波频率实现调Q 染料Q开关－－利用染料的可饱和吸收（吸收系 数随光强的增加而减小）调Q
纵模，也叫轴模。 在两反射镜间沿轴进行的光束，由于腔长L与光波波长的比是 一个很大的数目，所以必然有数不清不同波长的光波，能符合加 强反射的条件， 2nL= kλ, 即 2nL= k1λ1 = k2λ2 = k3λ3 =……
ki（正整数）是纵模模数。
例如：L=800nm, n=1, 则 k=1时, 对应λ1=1600nm; υ 1=1.875×1014 , 注意：△υ =c/2nL; υ
P c Ec E c E
(2) 2 2 由第二项可得 P2 c E0 sin t
1 (2) 2 c E0 (1 cos 2 t ) 2
因为c(2)经常很小，所以要求E0很大。 经常使用的倍频晶体是KDP，KPB。KDP的能量转换效率较高， KPB较低。BBO是一种新倍频晶体，具有很高的能量转换效率，逐渐 取代KPB。
使用倍频技术，可以得到大约200nm的短波激光。 Nd: YAG泵浦染料激光器倍频曲线。
倍频实例
倍频器
珀尔贴元件
共振内腔倍频的473nm蓝光激光器
红外光直接倍频
激光调制与调Q激光器
激光调制方法 激光调Q
激光调制
把欲传输的信息加载于激光辐射的过程称为激光调制。 把完成这个过程的装置成为激光调制器，激光在此起 “携带”低频信号的作用。 具体的调制方式可分为：内调制和外调制。 内调制指加载调制信号在激光振荡过程中，最简单的办 法是通过控制激光器的电源来调制输出的激光强度， 还有就是在激光腔内放置调制元件，用信号控制调制 元件物理特性的变化，以改变谐振腔的参数，从而改 变激光的输出特性。 外调制是在加载调制信号在激光形成以后进行。具体方 法是在激光谐振腔外的光路上放置调制器。
激光调Q
为了提高激光输出功率和能量，通过Q开关技术压缩激光脉冲的 时间宽度，可以极大地提高激光功率。
激光腔的Q值
Q
2nd a
a为腔的单程损耗，n为介质折 射率，d为腔长。
Q开关技术也叫激光调Q技术，就是通过改变激光器的Q值，即改 变激光腔中的损耗值，Q值小，腔内损耗大，激光振荡不能 建立，亚稳态粒子数不断积累，建立很高的粒子数反转， Q 值大，腔内损耗小，激光振荡迅速建立，激光能量雪崩式地 增加，到达很高的峰值功率。 一般调Q激光器的脉宽在纳秒量级，峰值功率在兆瓦量级以上。 把这种光脉冲叫巨脉冲。
激光技术基础
倍频 调Q 锁模 激光传输与变换
Nonlinear Optical Phenomena
可以使用非线性光学现象来扩展某种激光器的光谱范围。 倍频----二阶非线性光学效应 某些晶体在强激光穿越的时候会产生非线性光学效应。 激光穿越介质时，其内的电偶极矩随着外场振荡，从而放出辐射。在 外场较弱的时候，电偶极子振动与外场同频。而当光很强时，会产生 谐波： (1) (2) 2 (3) 3
调制方式
机械调制
通常用压电陶瓷的长度随所加电压的高低而伸缩的原理实现激光调制。
普克尔电光调制
利用电光晶体的线性电光效应对偏振的激光进行强度的调制。
克尔电光调制
利用晶体折射率变化与电场强度的平方成正比（克尔效应）的关系对激 光进行强度调制。
干涉调制 通过周期移动干涉仪的一个反射镜，使之在干涉仪中产生有规律 的周期变化，从而获得周期变化的干涉来实现调制。 还有：声光调制、磁光调制和电源直接调制等方式。
600 800
荧光光谱
1000
λ
k=2, λ2=800nm; k=3, λ3=533nm υ 2=3.75×1014 ,
32=
υ 3=5.625×1014
υ
2wenku.baidu.com=
1.875×1014
横模？ 横模易观察，但其产生的原因复杂：
1、偏离轴向的光束的干涉，
2、工作物质的色散，
3、散射效应及腔内光束的衍射效应等，都对横模有影响。 下面只对情况 1 做简单地分析。除了严格平行光轴的光束 (名基模TEM00 ）以外，总有一些偏离光轴而走Z字形的光束。 虽然经多次反射也未偏出腔外，仍能符合2nLcos θ =kλ的条件；
因而，在某一θ方向存在着加强干涉的波长。设z代表腔轴方向，
垂直z的截面为xy平面。该截面内所产生的部分横模如图，标 记TEMmn 中的TEM代表电磁横波，m代表x方向的波节数，n代 表y方向的波节数。
横模模式
除有特殊需要外，一般都选择基横模输出，因为基横模有以下 特点：亮度高 、发散角小 、在激光光束的横截面上径向光强分 布较均匀 、横截面上各点的位相相同，空间相干性最好。
倍频条件
极化强度与入射光强和非线性极化系数有关，但是 否只要入射光足够强，使用非线性极化系数尽量大 的晶体，就一定能获得好的倍频效果呢？ 不是的。这里还有一个重要因素——相位匹配，它 起着举足轻重的作用。 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。
激光模式
所谓模，就是在腔内获得振荡的几种波长稍微不同 的波型。
横模----输出激光的光强沿腔的横向也有不同振动
模式的各种可能的稳定分布，这样的某一横向的光强分
布模式就是“横模”（transverse mode）。
纵模----在光学谐振腔内某些频率的光形成稳定的
驻波，因为这些稳定驻波的频率与腔的纵向长度有关， 故这样的每一个振动模式称为一个“纵模” （longitudinal mode）。