激光频率变换技术.ppt

第31页，讲稿共49页，2023年5月2日，星期三7.4光学和频与差频效应和频（频率上转换）差频（频率下转换）扩大激光器的频谱范围例：可见光或近红外激光紫外波段的激光利用近红外波段激光的泵谱将中红外波段的激光变换成近红外区域或可见光区域的光波.差频:可见光中红外中红外远红外第32页，讲稿共49页，2023年5月2日，星期三强信号光(泵谱光)\弱信号光假设三束光波均沿z轴传播的平面波，则和频效应的耦合波振幅方程为：假设在非极化过程中泵谱光的强度基本不变，且满足相位匹配条件，则有效极化率第33页，讲稿共49页，2023年5月2日，星期三解方程组可得则利用边界条件得和频光波的振幅第34页，讲稿共49页，2023年5月2日，星期三若晶体长度为Ｌ，则和频光在出射端的振幅和光强分别为和频光的光强与入射红外信号光的光强成正比光子观点：能量守恒：动量守恒：相位匹配条件：第35页，讲稿共49页，2023年5月2日，星期三关于激光频率变换技术第1页，讲稿共49页，2023年5月2日，星期三7.1介质的非线性极化7.2非线性耦合波方程7.3光学倍频7.4光学和频与差频效应7.5光学参量振荡与放大第2页，讲稿共49页，2023年5月2日，星期三7.1介质的非线性极化

7.1.1非线性极化概述8.8542×10-12物质方程第3页，讲稿共49页，2023年5月2日，星期三非线性极化强度包括的频率成分有第4页，讲稿共49页，2023年5月2日，星期三和频过程表示为第5页，讲稿共49页，2023年5月2日，星期三7.2非线性耦合波方程

7.2.1非线性波动方程假定介质为磁各向同性介质,考虑二阶非线性电极化则物质方程Maxwell方程第6页，讲稿共49页，2023年5月2日，星期三由于整理上式得非线性介质中的波动方程第7页，讲稿共49页，2023年5月2日，星期三7.2.2耦合波振幅方程三个光波均为单色平面波,且沿Z轴方向传播假定参与非线性作用的三束光波的方程分别为第8页，讲稿共49页，2023年5月2日，星期三第9页，讲稿共49页，2023年5月2日，星期三即同理得第10页，讲稿共49页，2023年5月2日，星期三三波相互作用的耦合波方程在相位匹配下第11页，讲稿共49页，2023年5月2日，星期三根据光强定义:每束光波的光强相对于Ｚ的变化第12页，讲稿共49页，2023年5月2日，星期三第13页，讲稿共49页，2023年5月2日，星期三7.3光学倍频

7.3.1光学倍频的基本描述二次谐波产生1961年Franken第14页，讲稿共49页，2023年5月2日，星期三7.3.2光学倍频的理论分析１．倍频的耦合波方程及其解相位匹配因子第15页，讲稿共49页，2023年5月2日，星期三在小信号近似下,基频光和倍频光的初始条件为将初始条件代入倍频过程的非线性耦合方程可得用有效倍频极化率替代求和运算求解上式可得有效倍频极化率第16页，讲稿共49页，2023年5月2日，星期三积分后的倍频光的振幅倍频光波的光强和振幅满足从而得倍频光波的强度为第17页，讲稿共49页，2023年5月2日，星期三第18页，讲稿共49页，2023年5月2日，星期三基频光波的光强得基频光波到倍频光波的转换效率为第19页，讲稿共49页，2023年5月2日，星期三结论①倍频转换效率正比于入射的基频光波的光强，输出的倍频光波的光强正比于基频光波的光强的平方。②倍频转换效率正比于有效倍频极化系数的平方，为了提高倍频转换效率，需选用非线性极化系数大的非线性介质。③实现相位匹配的条件下倍频转换效率最高④倍频转换效率正比于包含L的sinc函数的平方，倍频效率与非线性晶体的长度有关．第20页，讲稿共49页，2023年5月2日，星期三２．相干长度相位匹配：相位失配程度：相干长度倍频转换效率随L呈周期性变化，当倍频效率达到第一个极大值相干长度：倍频效率达到第一个极大值所对应的长度第21页，讲稿共49页，2023年5月2日，星期三第22页，讲稿共49页，2023年5月2日，星期三3.倍频过程中的相位匹配相位匹配各向同性介质无法实现各向异性介质实现相位匹配的方法(1)角度相位匹配使参与非线性相互