1、一，倍频及倍频技术的发展一，倍频及倍频技术的发展 1 1 激光器的发展激光器的发展 2 2 倍频晶体的发展倍频晶体的发展二，目前的研究方向及现状二，目前的研究方向及现状 1 1 高功率，高光束质量方向及现状高功率，高光束质量方向及现状 2 2中小功率下的高转换效率方向现状中小功率下的高转换效率方向现状三，倍频系统的设计三，倍频系统的设计1064nm:1064nm:固体激光器的主要输出波长的主要输出波长532nm532nm：应用于拉曼光谱分析，激光显示，激光医疗：应用于拉曼光谱分析，激光显示，激光医疗矛矛盾盾一，倍频及倍频技术的发展一，倍频及倍频技术的发展光学倍频也称二次谐波产生，是指频率为1的
2、单色光波入射到非线性介质后产生频率为21的光波的现象倍频技术扩大了激光的波段，可获得更短波长的激光，但实际应用中对效率及稳定性都有要求。倍频技术的发展倍频技术的发展1,1,激光器的发展激光器的发展目前：目前： LD LD泵浦的泵浦的Nd:YVO4Nd:YVO4与与Nd:YAGNd:YAG固体激光器固体激光器不具有对称中心。不具有对称中心。有较大的非线性极化系数有较大的非线性极化系数能以一定的方式实现相位匹配能以一定的方式实现相位匹配所选用的非线性晶体应对基频光和倍频光透明所选用的非线性晶体应对基频光和倍频光透明晶体的抗损伤阈值要尽可能高晶体的抗损伤阈值要尽可能高早期：早期：磷酸二氢钾（磷酸二氢
3、钾（KDP)非线性极化系数过小，转换效率非线性极化系数过小，转换效率低低LiIO3(LN)非线性系数虽较大，但损伤阈值低Ba2NaNb5O15(BNN)难以制备高光学均匀性的光学单晶2 2，倍频晶体的发展，倍频晶体的发展基本要求：基本要求： 晶体类型晶体类型出现时间出现时间研制者研制者BBO晶体（BaB2O4） 七十年代末中科院物质结构研究所KTP（KTiPO4)八十年代初美国LBO（LiB3O5) 1987中科院物构所 MgO:LiIO3八十年代中期美国八十年代至目前八十年代至目前KTP KTP 晶体：非线性系数大、价格低廉晶体：非线性系数大、价格低廉 ，但有，但有灰迹（光致吸收）现象灰迹（
4、光致吸收）现象, , 使用使用KTP KTP 的绿光激的绿光激光器通常在光器通常在500 500 mWmW以下。以下。LBOLBO晶体：抗损伤阈值高晶体：抗损伤阈值高, , 生长周期长生长周期长, , 价格价格昂贵昂贵, , 而且而且LBO LBO 晶体非线性系数小晶体非线性系数小, , 即使在即使在中小功率中中小功率中, , 一般仍需要一般仍需要10 mm10 mm的长度以上的长度以上, , 造成激光器体积大造成激光器体积大年份年份功率功率M2频率频率制造者制造者2004101W10kHz韩国Yeungnam大学2009年420W3410kHz美国coherent公司2009 年230W10
5、kHz华北光电技术研究所苑利刚2008103W1.4460kHz清华大学受限原因：声光受限原因：声光Q Q开关关门能力不足开关关门能力不足二，目前的研究方向及现状二，目前的研究方向及现状 1 1 高功率，高光束质量方向及现状高功率，高光束质量方向及现状420W420W绿光输出系统构成绿光输出系统构成230W230W绿光输出系统绿光输出系统 PPKTP,PPLN, PPMgLN ，PPSLT非线性周期性结构提供的倒格矢周期性的改变非线性系非线性周期性结构提供的倒格矢周期性的改变非线性系数的符号，使基波和谐波在奇数的相干长度内相对相位数的符号，使基波和谐波在奇数的相干长度内相对相位反转反转, ,
6、这种匹配的相位关系能使二次谐波强度在一些本这种匹配的相位关系能使二次谐波强度在一些本该衰减的区段得以继续增加，使谐波保持高效非线性频该衰减的区段得以继续增加，使谐波保持高效非线性频率转换率转换, ,光子晶体进行准相位匹配光子晶体进行准相位匹配 2 2 中小功率下的高转换效率方向现状中小功率下的高转换效率方向现状非准相位匹配时基频光与倍频光的转换非准相位匹配时基频光与倍频光的转换DmkLcImcnndLkLcIcnndLIIeffQSHG2212021221222102122122212sin2sin82sin2 mmKkkKkk122占空比占空比 lDL为正号部分的长度为正号部分的长度m为准相
7、位匹配的阶数为准相位匹配的阶数mddeffQ2NnncIcnndNeffnor122sin)( 812112102122122优点：优点：对光波不再有偏振态的要求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避免了离散效应，可以制备大孔径晶体不再要求是正交光束，非线性系数可以是对角张量元，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（能更容易利用较大的非线性系数（PPKTPPPKTP大约是大约是KTPKTP的的3 3倍左右
8、，倍左右，PPLNPPLN是是LNLN的的7 7倍左右）倍左右）20082008年日本索尼公司年日本索尼公司MichioMichio Oka, Kaoru Kimura Oka, Kaoru Kimura等人等人;PPSLT;PPSLT在在LDLD功率为功率为7.27.2 WW时光时光- -光转换效率高达光转换效率高达40%40%，估计倍频转换效率在，估计倍频转换效率在70%70%以上，且光束质量因数以上，且光束质量因数MM2 2高达高达1.31.320092009年中国科学院光电研究院林嵩，赵江山，周年中国科学院光电研究院林嵩，赵江山，周 翊等翊等PPSLT:PPSLT:晶体周期为晶体周期为
9、7. 97 um7. 97 um，长度，长度3.5mm3.5mm基频光功率基频光功率1133 1133 mWmW, , 倍频功率倍频功率655 Mw,655 Mw,输出效率输出效率57.8%57.8%20112011年中国科学院光电研究院年中国科学院光电研究院PPMgLNPPMgLN晶体：长度为晶体：长度为1 mm,1 mm,短周期为短周期为6.95m,6.95m,占空比接近占空比接近50%,50%,大大面积均匀的面积均匀的PPMgLNPPMgLN; ;在在6.8 W6.8 W单管激光二极管单管激光二极管(LD)(LD)抽运的情况下抽运的情况下, ,利用通光长度仅利用通光长度仅1 mm1 mm
10、的的PPMgLNPPMgLN, ,腔内倍频获得了腔内倍频获得了3.8 W3.8 W的绿光的绿光532 532 nmnm激光输出激光输出, ,光光- -光转换效率高达光转换效率高达56%56%三，倍频系统的设计倍频晶体：倍频晶体：KDPKDPM1M1：对：对1064nm1064nm及及532nm532nm高反高反M2M2：对：对10641064高反，对高反，对532532高透高透BPBP：布氏角起偏器，消除空间烧孔效应，单纵模输出：布氏角起偏器，消除空间烧孔效应，单纵模输出Q Q开关及透镜：提高输出功率开关及透镜：提高输出功率KDPKDP（6mm6mm* *6mm6mm* *12mm12mm）: :倍频，采用倍频，采用 类临界位相匹类临界位相匹配（配（=41.1=41.1 ）采用激光器采用激光器波长Wavelength1064nm脉冲能量Pulse Energy1.0J3J脉宽Pulse Width 10ns发散角Beam Divergence 2mrad光束口径5mm*5mm重复频率 Repetition Rate10Hz冷却方式Cooling system循环水冷，风水热交换water cooling
