摘 要

BBO晶体具有优秀的非线性光学性质和物理化学性质，是用于产生紫外光的优良非线性晶体之一，BBO晶体可实现了1064nm和532nm激光和频，理论分析表明和频效率受晶体长度、有效非线性系数、走离效应、相位匹配的影响。

用激光二极管泵浦的Nd:YAG固体激光器，采用腔内调Q，腔内倍频，腔外和频的方式进行实验，用紫外反射镜进行分光，观察到了和频光在泵浦光强度不同、1064nm和532nm强度比不同、和频方式不同时的现象，对355nm信号波形进行了简单的观测。

研究结果表明，在BBO晶体有效非线性系数确定、相位匹配、走离效应的影响一定时，参与和频的两束光越强，和频效率越高。

本文特色是通过对相位匹配、有效非线性系数、晶体长度、走离效应等理论方面的分析，计算出BBO晶体的和频效率；通过改变1064nm和532nm的强度、比例对和频现象进行观察。

关键词：激光和频；BBO晶体；和频效率

Abstract

BBO crystal with excellent nonlinear optical properties and physical-chemical properties, is one of the most excellent nonlinear crystal used to generate UV light, BBO crystal can be realized the 1064nm and 532nm laser sum frequency generation(SFG). The theoretical analysis to show the SFG- efficiency by the crystal length, effective nonlinear coefficient, walk off effect, the phase matching effect.

Laser diode pumped Nd: YAG laser by intracavity Q-switched, intracavity frequency doubling, extra cavity SFG experiments were Spectrophotometried with ultraviolet reflector of light, observed sum frequency light phenomenon in different pump intensity, 1064nm and 532nm strength ratio, sum frequency generation, of 355nm signal waveforms were simple observations.

The findings of this study show that in BBO crystal effective nonlinear coefficient, phase matching, walk off effect of certain influence, participation sum frequency generation of the two beams light is stronger, the higher the sun frequency generation efficiency.

Featured in this paper is to calculate the BBO crystal sum frequency generation efficiency by the phase matching, effective nonlinear coefficient, crystal length, walk off effect theory analysis. By changing the intensity and proportion of 1064nm and 532nm observing sum frequency generation phenomena .

Key Words: sum frequency generation ;BBO crystal ;SFG efficiency

目 录

第1章 绪论 1

1.1 和频现象的研究背景及意义 1

1.2 BBO晶体研究进展 2

1.3 研究内容及方法 3

第2章 BBO激光和频 4

2.1光学和频 4

2.2 BBO晶体特性 5

2.2.1 BBO晶体简介 5

2.2.2 BBO晶体相关参数 6

2.3 有效非线性系数 7

2.4 晶体厚度对和频效率的影响 8

2.5 相位匹配 9

2.6 非线性晶体走离效应 10

第3章 和频效率分析 11

3.1 和频效率公式 11

3.2 和频效率计算 12

3.3 提高和频效率的方法 13

第4章 BBO晶体和频实验 15

4.1 原理和设备 15

4.1.1 固体激光器 15

4.1.2 调Q与倍频 15

4.1.3 和频与分光 16

4.2 实验现象与数据记录 16

4.3实验结果分析 19

第五章 结论与展望 21

参考文献 22

致谢 23

第1章 绪论

近年来，随着激光技术的发展与应用，激光二极管泵浦的固体激光器越来越广泛地应用于工业、医学、光通信等领域。作为制造固体激光器的关键材料，非线性光学晶体一直是材料领域的一个重要研究课题。BBO晶体具有优秀的非线性光学性质和物理化学性质，是用于紫外波段优良的非线性晶体之一，是相关领域的一个研究热点，己被广泛应用于高功率固体激光器的二~五次谐波，混频及参量振荡等非线性光学领域^[1]。

1.1 和频现象的研究背景及意义

上世纪90年代，随着激光二极管（LD）技术的发展，激光二极管泵浦的固体激光器迈上了一个新的台阶。近年来，随着激光二极管泵浦固体激光技术的不断发展，相应的激光器需要的各种晶体材料也取得了较大的发展。在小功率固体激光方面，国内技术已经较为成熟，像532nm绿光激光器和355nm紫外激光器，国内许多激光企业都有生产，占据了国内外较大市场份额。但是，在大功率固体激光器方面，国内外都还存在较大的难题。

要想使固体激光器功率不断提高，除了提高泵浦功率外，只有提高变频晶体的转化效率，但是LD功率由于种种限制很难提高，因此就要想办法提高变频晶体的转换效率。现今，国内外对于提高固体激光器功率方面的研究主要集中在研究新型非线性光学晶体上，以及在原有晶体材料上研究如何生长大尺寸和高质量的晶体材料。虽说像BBO、LBO对光的转换效率相对KDP、KTP等非线性晶体要高，但整体而言，转化效率还是不尽人意，这是固体激光功率的最大限制因素之一。而且，在实际生产中，不但要考虑使用何种非线性晶体材料才能获得相应的功率，还要考虑实际操作中有哪些外在因素会对激光功率造成影响。

在学术界，对非线性晶体变频方面的研究主要集中在倍频上，相对和频理论，倍频方面的理论要简单一些，而且在实际应用中，倍频应用的更加广泛，即使对于和频，前提一般也是要先有倍频，所以学术界对倍频的研究更深入。和频可以说成是特殊的倍频，相对的，倍频也可以说成特殊的和频，二者之间存在简单的转换关系，但是相对的，又有一些不同。在查找和频相关的资料是，发现关于和频的非常少，而且很多都是研究倍频时顺带提一下，许多资料对和频的描述都含糊其辞，或者选择性忽略。