低功率抽運下BBO晶體倍頻過程中熱效應的研究.pdf

1、在使用非線性晶體進行光學頻率變換時，晶體中的熱效應會導致轉(zhuǎn)換效率的降低。非線性光學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，嚴重時還引起熱透鏡效應，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）的物理化學特性、光

2、學特性，特別是倍頻的相位匹配、走離效應和可接受溫度。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?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，并通過相應的理論假設(shè)建立了Mathematica算法。最后，利用數(shù)學軟件數(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，且較為復雜。通過