LBO晶体内腔倍频效率分析开题报告

1、论文设计（研究）的背景和意义

1.1、LBO倍频技术的进展与现状

晶体倍频变换技术一直是激光领域的研究热点,而LBO晶体倍频是其中最典型,应用最广泛的技术。LBO晶体是负双轴晶体,属于mm2正交点群,具有较高的破坏阈值、较宽的允许角和较小的走离角,其I类和II类相位匹配范围都比较宽,是一种性能优异的非线性光学晶体。LBO晶体非线性较强,转换效率较高,是相关专业研究的热点之一。LBO晶体具有宽透光波段，紫外透光性好，稍微潮解，有良好的理化性质，非线性光学系数适中，光学均匀性好，损伤阀值高，允许角大，走离角小，现已被广泛地应用于高平均功率的二次谐波、和谐、差频、三次谐波、四次谐波及参量震荡等非线性光学频率变换领域。

本文针对国内国外LBO晶体的内腔倍频研究现状进行调查，发现LBO被广泛应用于内腔倍频特性的研究，1961年，Fhnk发现红宝石激光束通过石英时，能够产生2倍于该光束频率的紫外光。从此非线性光学领域成为激光领域的研究热点之一，而LBO倍频晶体则是其在1988年由中国科学院福建物质结构研究所成功研制而成的一种新型固体光学晶体，是紫外波段优良的非线性晶体之一，目前LBO晶体目前已成功用于YLF,YAG及YAP等激光的二倍频及三倍频。2008年李义民等人利用LD泵浦腔内倍频技术袁采用两个2WLD耦合作为泵浦源及Nd:YAG材料作为激光晶体,在利用LBO材料作为倍频晶体的情况下,获得了输出功率为195mW的473nm蓝光激光正常运转。至此越来越多的学者和科学家们加入到LBO倍频效率的研究工作中来。

1.2、研究的目的与意义

在认真分析国内外对LBO晶体的研究发展现状基础上，针对LBO晶体的内腔倍频产生532nm绿光，结合晶体特征及晶体与激光的耦合情况，获得较高的倍频效率。以指导倍频激光光源的设计和应用。

1、首先，了解LBO的晶体结构，几何结构和对1064nm基波的倍频特征，从非线性电磁场理论出发，推导双轴晶体的I类、II类倍频转换效率公式。并分析晶体与基波的耦合现象。

2、根据倍频转换效率和相位匹配角及有效非线性系数计算并分析LBO晶体的几何结构及其在腔内的最佳位置，确定效率最高时的倍频晶体的相关参数和放置方法，和LBO晶体与激光的耦合情况，获取532nm绿光光源。

2、研究（设计）的基本内容、目标、采用的技术方案及措施

2.1、LBO晶体

三硼酸锂晶体简称LBO晶体。LBO晶体的结构是斜方晶系，空间群Pna21,点群mm2，晶格参数为a=8.4473A,b=7.3788A,c=5.1395A,Z=2，LBO晶体的可透光波段范围宽为（160—2600nm）光学均匀性好，内部包络少，倍频转换效率较高(相当于KDP晶体的3倍），高损伤域值（1.3ns脉宽的1053nm激光可达10GW/cm2)接收角度宽，离散角度小等特点，LBO晶体的非临界相位匹配具有无离散、接受角度宽、有效系数大的特点，充分利用这一特性可使LBO发挥最佳功效。使用LBO晶体的Nd:YAG激光在脉冲模式下获得的二次谐波转换率大于70%，在连续模式下获得的二次谐波转换率大于30%，且光束质量好，输出稳定。同时LBO的光损伤阈值是常用无机非线性光学晶体中最高的。因此，它是高功率二次谐波发生器和其他非线性光学应用的最佳选择。

2.2、实现LBO腔内倍频

本次方案采用LBO晶体放在Nd-YAG激光器谐振腔内，1.064μm的红外光往返透过LBO晶体会产生532nm的倍频光，设计输出端特定的分光装置，以测得倍频光特征，获取倍频效率。红外光在腔内来回反射会跟晶体发生耦合现象，其耦合原理如图1所示

实验中1064nm的红外光透过腔内的LBO晶体发生倍频时，采用合适的相位匹配角度相位匹配的方式以合适的角度入射到晶体上发生倍频现象，将不可见光通过倍频得到特定波长的可见光。

本次实验采用实验室可用的红外光1064nm作为基波，将晶体置于Nd-YAG谐振腔内合适的位置，红外光通过透镜到达腔内晶体选择合适相位匹配角度耦合，出射光会存在线性损耗，而且会有不同的光，需要分光装置来获得532nm的绿光源，可调节晶体在腔内的不同位置来测量倍频的效率大小，怎样减小线性损耗也是我们需要研究的重点。

2.3影响倍频效率的因素

倍频效率的影响因素有：晶体的晶格结构，晶体的几何结构，晶体与入射激光的耦合情况，入射激光的功率密度等特性，获得的倍频光还与倍频光的损耗情况有关。从理论角度分析倍频效率。倍频光强：，效率为：。结合晶体参数计算倍频效率并与实验测量的倍频数据对比，给出获取高倍频效率的相关参数和方法。

我们这次主要研究LBO晶体的长度，和入射激光的光强对倍频效率的影响，当长度固定时，可调节光强来测量看效率的变化，此时腔内的晶体位置也是固定的，同样也可以调节光强来测量效率的变化，并做线性分析，不同情况下可调节在腔内的位置来测量分析效率的变化，最后分析结论总结如何防止倍频光的线性损耗，得到最大的倍频效率，尽量得到最好的绿光源。

3、进度安排

第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需LBO晶体特性、LBO晶体对1064nm激光倍频、532nm绿光激光光源设计等方面的知识。确定方案，完成开题报告。

第4－8周：了解LBO晶体、倍频激光器的结构、特征及工作特性。

第8－13周：实现LBO晶体对1064nm的激光倍频，测量倍频效率及其变化规律给出倍频效率较高的设计方案。

第14－16周：完成并修改毕业论文。

第17周：准备论文答辩。