低功率抽運(yùn)下BBO晶體倍頻過程中熱效應(yīng)的研究.pdf

1、在使用非線性晶體進(jìn)行光學(xué)頻率變換時，晶體中的熱效應(yīng)會導(dǎo)致轉(zhuǎn)換效率的降低。非線性光學(xué)晶體吸收部分光能量，引起了晶體中通光區(qū)域的溫升。在固定的基頻光功率和外部冷卻條件下，會在晶體內(nèi)部形成一個相對穩(wěn)定的溫度場分布，這種局域的溫升引起折射率的非均勻變化，進(jìn)而破壞晶體內(nèi)的相位匹配條件，同時使得輸出光束質(zhì)量變差，嚴(yán)重時還引起熱透鏡效應(yīng)，產(chǎn)生自聚焦而使晶體受到破壞。 本文首先簡要介紹了BBO晶體（基頻光為1064nm的激光）的物理化學(xué)特性、光

2、學(xué)特性，特別是倍頻的相位匹配、走離效應(yīng)和可接受溫度。溫度對相位匹配的影響可初步由可接受溫度反映，因此在晶體長度與有效孔徑長度相當(dāng)?shù)那闆r下，本文計算了Ⅰ型倍頻的BBO晶體可接受溫度，以便為后續(xù)分析提供參考。隨后根據(jù)麥克斯韋方程組，利用Kleinman近似、慢變條件和近軸近似重新推導(dǎo)了光場耦合波方程，為建立光場與溫度場耦合模型奠定了基礎(chǔ)。其次，根據(jù)熱傳導(dǎo)方程分別在各向同性和各向異性條件下建立了溫度場耦合方程，并給出各向同性情況下的溫度場方程

3、數(shù)值解和各向異性條件下的溫度場方程求解方案。針對各向同性條件，闡述了耦合波方程的數(shù)值Fourier變換求解方法，并通過相應(yīng)的理論假設(shè)建立了Mathematica算法。最后，利用數(shù)學(xué)軟件數(shù)值模擬了BBO晶體內(nèi)的倍頻過程，得到了基頻光和倍頻光的振幅和轉(zhuǎn)換效率曲線以及溫度場分布；展示了溫度場及光場的時間演化過程；分析了抽運(yùn)功率、晶體長度和入射激光波長對轉(zhuǎn)換效率和溫度場的影響。分析指出，溫度分布對轉(zhuǎn)換效率和光束質(zhì)量都有較大影響，且較為復(fù)雜。通過