非线性晶体走离效应下的二倍频效率研究

应用非线性频率变换技术的短波固体激光器在先进研究、生物医疗和工业生产等领域广泛应用,而走离效应是影响非线性变换效率的关键因素。为了实现更高效率的二倍频转换,各种减小走离效应的结构优化方案被提出,多种二倍频效率模型被建立,但是这些模型在普适性和影响因素全面性上还有所欠缺。文中在理想二倍频效率模型的基础上,提出一种非线性晶体走离效应下的二倍频效率模型,对于空间走离过程进行了更为充分的研究,将二倍频过程的多种因素都进行了细化分析。该模型有两个优势:一方面可以从多种参数的角度更精确地对平行传输光束与聚焦光束的二倍频效率分别进行预测;另一方面可以实现最佳二倍频晶体种类和最佳二倍频晶体长度的选择。

晶体长度对倍频效率的影响

从理论和实验上分析研究了倍频晶体长度对倍频转换效率的影响,指出在一定的泵浦光强下,适当选择最佳晶体长度,可以有效地提高倍频转换效率。

BBO晶体相位匹配允许角对倍频效率的影响

根据实验参数，理论计算了ＢＢＯ晶体相位匹配允许角Δθ，其值为毫弧度量级．因此，发散角为毫弧度的激光束通过ＢＢＯ晶体会引起一定的相位失配，降低了倍频转换效率．为此设计了共焦非稳腔ＮｄＹＡＰ锁摸激光器，近似理想的平面波在ＢＢＯ晶体中实现完全相位匹配，获得了８１％的高效倍频能量转换效率．

温度变化对KTP晶体倍频效率的影响及其消除

对KTP晶体Ⅱ类相位匹配特性和倍频效率随温度变化进行理论分析和实验验证，提出确保倍频效率比较稳定的恒温措施．

输出镜反射性对Ⅱ类相位匹配倍频效率的影响

研究了V型腔Nd∶YVO4/KTP绿光激光器中的输出镜反射相移的产生原因。结合Ⅱ类相位匹配KTP倍频晶体的倍频特性,首次分析了反射相移对腔内基频光偏振特性及Ⅱ类相位匹配倍频效率的影响。结果发现:当反射相移△在0～π范围内变化时,倍频效率随△的增大而降低;当△<2°时,倍频效率相对于理想情况下降幅度很小,可忽略不计。利用矩阵法对输出镜多层膜特性进行了分析,通过合理控制入射角度,减小了反射相移,提高了激光器的倍频效率。

分段小信号近似方法研究准相位匹配倍频效率

从PPLN波导微结构出发分析准相位匹配倍频过程中的相位补偿机理,以极化畴为单元,通过耦合波方程计算极化畴内产生的二次谐波电场,通过电场相干叠加计算倍频效率。分别在小信号近似和基频光高消耗情况下计算准相位匹配倍频效率,结果显示:倍频效率小于5%时,两种情况下的计算结果吻合得很好;随着转换效率增大,小信号近似不再适用,需要在基频光高消耗情形下计算倍频效率。研究了基频光功率密度与准相位匹配倍频效率的关系,定性分析了极化周期存在误差时,误差对倍频效率的影响。

GaN太赫兹肖特基变容二极管倍频效率的研究

本文使用Sentaurus仿真工具对恒定掺杂和渐变掺杂两种典型掺杂的GaN太赫兹肖特基变容二极管进行了仿真研究。着重研究了两种掺杂方式下轻掺杂外延层掺杂浓度对变容二极管的C-V特性和倍频效率的影响。通过数字滤波求解输入频率300GHz幅值8V的正弦电压在偏置电压为-8V时产生的各频率分量,计算出具有不同掺杂浓度的GaN二极管的倍频效率。结果显示,在仿真掺杂浓度范围内并且不考虑外围电路影响的前提下,恒定掺杂的GaN变容二极管的二倍频效率最大值为32.5%,三倍频效率最大值为16.1%;而采用渐变掺杂方式能够显著提高二极管的倍频效率,在仿真的掺杂浓度范围内,二倍频与三倍频效率均最大能提高50%左右。通过理论推导和仿真结果的计算揭示了决定掺杂浓度与倍频效率之间的关系变化趋势的内在因素。本文的研究对GaN肖特基变容二极管的倍频效率进行了理论预测,并提出了渐变掺杂提高倍频效率的解决方案,这对后续的器件设计与制备具有指导意义。

增强腔外倍频效率的研究

本文介绍在腔外倍频中，加反射腔，使经过倍频后剩余的基频光，被反射腔多次反射叠加在原基频光上，增加了基频光功率，从而提高了倍频效率。介绍了两种光路，在我们现有条件下，效率各提高了２２６和２９倍。

五倍频器倍频效率的影响因素分析

针对I波段窄带五倍频器倍频效率受输入信号功率和外界环境影响较大的问题,就影响倍频器倍频效率的几种因素进行了仿真和分析,提出了提高五倍频器工作效率的几种途径。微波仿真和实测结果表明,在I波段输入信号频率5%带宽范围内,输入功率为10~12 dBm时,倍频损耗小于18 dB。

KTP和BBO晶体对1.06μm皮秒光脉冲的倍频效率

用５ｍ ｍ 的 Ｋ Ｔ Ｐ（ Ｋ Ｔｉ Ｏ Ｐ Ｏ４）和 Ｂ Ｂ Ｏ（β Ｂａ Ｂ２ Ｏ４）非线性晶体，对皮秒的 Ｃ Ｐ Ｍ ， Ｎｄ： Ｙ Ａ Ｇ 脉冲激光的腔外倍频效应进行研究，获得倍频能量转换效率分别为４２％ 和３２％ ，证明 Ｋ Ｔ Ｐ倍频效率高于 Ｂ Ｂ Ｏ。

基于枝节回收的石墨烯三次谐波倍频器的研究

提出了一种枝节回收下的石墨烯三次谐波倍频器,并与不加枝节回收时石墨烯三次谐波倍频器进行了对比分析。石墨烯在电磁场激励下产生很强的非线性特性,偶次谐波输出功率被抑制,三次谐波输出功率增强。在680~1100 MHz工作频率下,枝节回收可有效提高石墨烯三次谐波输出效率。当射频输入功率为14 dBm时,有枝节回收与无枝节回收的倍频器相比,倍频损耗减小了11.12 dBm。

PPLN倍频效率与温度关系分析

本文研究了准位相匹配周期性极化反转铌酸锂 (PPL N)晶体的体器件倍频特性与晶体温度的关系 ,从准相位匹配位相失配关系出发 ,推导了 PPL N光栅周期和倍频效率的表达式 ,并考虑到铌酸锂晶体的热膨胀因素 ,给出了温度调谐带宽精确表达式。理论分析与已有实验结果进行了比较 。

飞秒激光在BBO晶体中倍频效率的数值计算

采用分步傅里叶法对飞秒激光在BBO晶体中倍频过程的效率进行了数值计算 ,分析表明这种方法既避免了其他数学方法的繁琐 ,又直观地展现了倍频过程的物理本质 .针对有关实验条件 ,计算了脉宽为 10 0fs的激光脉冲通过 2mm长、Ⅰ类相位匹配的BBO晶体的倍频效率 ,计算结果与实验上对同样晶体倍频效率的测量是一致的 .

侧基对极化聚合物薄膜倍频效率的影响

具有A-π-D结构的分子(其中A表示拉电子基,D表示给电子基,π为连接A,D的电子通道),具有较大的超极化率β,可以制成二阶非线性光学系数较大的极化聚合物薄膜。极化聚合物方法最早是由Meredith等人报道的,其基本思想主要是利用外电场使聚合物薄膜中的生色团分子取向,形成有序排列,以破坏宏观对称性。

新型晶体CsLiB_6O_(10)倍频转换效率的数值模拟分析

本文首次对调QNd:YAG激光器1064nm光泵浦CLBO晶体的倍频效率与晶体长度和偏振分量比的关系曲线进行了数值模拟计算.若泵浦光采用平面波形,CLBO晶体的Ⅰ类、Ⅱ类SHG效率可超过80％;若泵浦光采用高斯波形,CLBO晶体的Ⅰ类、Ⅱ类倍频效率分别为68.3％和80％。得到CLBO晶体倍频应采取Ⅱ类相位匹配方式的结论。

SiO_2-GeO_2薄膜电场极化后倍频效率与极化电压的超平方关系

采用溶胶凝胶方法制备了 Ｓｉ Ｏ２ Ｇｅ Ｏ２ 薄膜．通过对薄膜样品平板电极极化和电晕极化后二次谐波产生信号的研究，发现样品中有效偶极子数目随平板电极极化电压的增加而逐渐增大．提出了有效偶极子释放模型，解释了样品倍频效率与极化电压之间的超平方关系．

晶体面形畸变对三倍频转换效率的影响

在惯性约束聚变(ICF)领域,为了满足物理实验需求,需要采用短波长的紫外激光打靶。目前,国内外高功率固体激光装置普遍采用谐波转换的方式来获得三倍频紫外激光。高效的频率转换必须满足相位匹配条件,而晶体的反射面形畸变过大对准直精度和倍频效率均匀性都会产生不利影响。通过实验验证了晶体准直光斑的质量退化主要来源于晶体因夹持和重力导致的反射面形畸变,证明了改进晶体的夹持方式可以有效改善晶体面形,提高准直精度和准直光斑质量,并显著提升三倍频转换效率。

W波段高效率二倍频器研究

本文介绍了基于砷化镓肖特基二极管的W波段高效率二倍频器。倍频器的结构紧凑,输入和输出均采用鳍线过渡。当输入功率为100mW时,倍频器在91.8GHz输出最大功率3.3mW。83GHz到98GHz的频率范围内,倍频器的倍频效率均大于2%。二倍频器可以把U波段信号源拓展到W波段。

以一定重复频率工作的KTP倍频效率的演化规律

基于导带电子密度和材料的有效介电函数的表达式,推导了KTP晶体对532nm光波的吸收系数.对比研究了不同峰值功率密度和重复频率下KTP晶体的导带电子密度和532nm吸收系数的演化规律,以及倍频转换效率的演化规律.结果表明,随着导带电子密度的增加,KTP晶体532nm吸收系数随之增加,其倍频转换效率随之减小;当基频光入射功率密度一定时,不同重复频率脉冲作用引起的导带电子密度存在积累效应,导致KTP晶体532nm透过率及倍频转换效率均随着作用时间的增加呈指数形式变化,随着脉冲重复频率的增加其积累效果更加明显,但随着作用时间的增加,导带电子密度、吸收系数均趋于同一稳定值.

一种效率高、易调试的倍频器

采用Ｓ７０器件实现一种甚高频波段倍频器，通过理论分析和实验证明，这种倍频器倍频效率高、调整方便以及容易实现。