摘 要

LBO晶体在Nd-YAG腔内与1064nm的激光产生非线性的倍频现象，产生532nm的绿色激光。激光器的输出光包含LBO晶体与基波在腔内耦合产生的倍频光和剩下的基频光。

理论分析表明倍频效率的大小取决于晶体在腔内与激光的耦合程度、入射光强度大小、以及激光与晶体的相位匹配情况。通过对应的倍频方案定量计算和实验测量获得较强的倍频光。

研究结果表明

1. LBO晶体与泵浦光在腔内倍频，对于可见及近红外的基频光，转换效率达30%~50%。实验中在最佳的耦合状态、满足相位匹配条件、入射光功率最大的条件下，测得最大效率为47.3%，这与理论的结果相比相差不大。
2. 从理论分析影响倍频效率的三个因素，定量分析每个因素对转换效率的影响，分别测量不同条件下的输出光功率，得到在匹配角为250°，入射光电流为2.0A，且耦合系数等于1的时候有最大的倍频效率，由于光传输过程中存在衰减和色散等现象，结果有一定误差，仍需要加以改进。

关键词：非线性效应；LBO晶体；倍频效率；耦合系数；532nm倍频光

Abstract

LBO crystal Nd-YAG 1064nm laser cavity and frequency doubling nonlinear phenomena produce 532nm green laser. It contains the output of the laser light of the fundamental frequency doubling LBO crystal in the cavity coupling light generated by the rest of the fundamental frequency of the light.

Theoretical analysis shows that the efficiency of frequency doubling crystals depends on the degree of coupling in the cavity of the laser, the size of the incident light intensity, and phase matching of laser crystals. Get strong harmonic light through a corresponding multiplier scheme of quantitative calculation and experimental measurement.

Research indicates:

(1) LBO crystal and pump light in the cavity frequency doubling the visible and near-infrared light of the fundamental frequency, the conversion efficiency of 30% to 50%. Experiments in the best coupling status, phase matching conditions are satisfied, the conditions of the incident at the maximum power, the measured maximum efficiency of 47.3%, which is less compared to the theoretical results

(2)  Three factors affect the frequency doubling efficiency from the theoretical analysis, quantitative analysis of the impact of each factor on the conversion efficiency, output power were measured under different conditions to obtain a matching angle is 250 °, the incident light current of 2.0mA, and is coupled coefficient is equal to 1 when the maximum SHG efficiency due to attenuation and dispersion phenomenon in optical transmission, there are some errors result, still needs to be improved.

Key Words：Nonlinear effects；LBO crystal; doubling efficiency；coupling coefficient；532nm harmonic light

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1晶体倍频技术 1

1.2 LBO倍频技术的进展与现状 1

1.3 本文主要内容 2

第2章 LBO晶体内腔倍频 3

2.1 LBO晶体的特性 3

2.2 倍频原理 3

2.3 内腔倍频 4

2.3.1 激光谐振腔 4

2.3.2 泵浦光与激光晶体的耦合 4

2.3.3 1064nm激光与倍频晶体的耦合情况 5

第3章 LBO内腔倍频效率影响因素 7

3.1 LBO晶体在腔内位置 7

3.2 泵浦光功率密度 7

3.3 相位匹配情况 8

第4章 倍频效率的实验分析 10

4.1 实验设备与步骤 10

4.1.1半导体泵浦固体激光器（DPL） 10

4.1.2 实验步骤 11

4.2 实验结果与分析 12

4.2.1 晶体方位角与倍频光的功率 12

4.2.2 输入泵浦光电流与倍频光的功率 14

4.2.3 LBO晶体在腔内位置与倍频效果 15

第5章 结论 17

5.1 结果与讨论 17

5.2 前景与展望 17

参考文献 18

致 谢 20

第1章 绪论

1.1晶体倍频技术

晶体倍频技术在激光光学中是一种二次谐波技术，晶体的倍频过程中存在线性效应和非线性效应，本文主要研究非线性光学效应^[1]。上世纪中期美国科学家进行红宝石激光倍频的实验，得到输出2倍于入射光频率的光波，在输出的光波中既有泵浦光的频率，同时还有二次谐波频率，现阶段已经对非线性光学进行了广泛的实验和理论研究，晶体倍频得到其他激光的研究已经渐渐实现了实用化和工业化，而且目前关于倍频的实验研究已经有商业化的技术，实用的硬件设备^[2]，LBO晶体内腔倍频在固体激光领域有着非常广泛的应用。

LBO晶体的倍频方式有两种，一种是将LBO晶体放置在谐振腔内，另一种则是将LBO晶体放在腔外，谐振腔内倍频有稳定的输出模，而且平凹腔的光转换效率比较高，腔内LBO晶体与输出镜出射的光发生耦合作用，激光与晶体的截面接触比较大，这种倍频较适合于脉冲运转的固体激光器，而腔外距离晶体较远，对转换效率有影响^[3]。在选择倍频晶体的时候要注意到：晶体一般是非线性光学晶体，倍频晶体结构是非对称中心的结构；有较高的非线性系数；且工作波段范围比较高，LBO晶体的可透过波段达到(160-2600nm)，LBO晶体内腔倍频需要足够尺寸、光学的均匀性好、物化性稳定和容易加工的晶体，有较高的光损伤阈值，一般来说高透明度比较容易满足相位匹配条件。