Исследование эффективности и температурной устойчивости чирпированного кристалла PPLN в эксперименте по удвоению частоты на длине волны 1064 нм - 03

2. Теоретический анализ

2.2. Создание кристаллической структуры CPPLN.

Чтобы добиться лучшей температурной устойчивости и более высокой эффективности удвоения частоты на одном и том же кристалле CPPLN, мы разработали кристаллическую структуру CPPLN. Принципиальная схема CPPLN для удвоения частоты с 1064 нм до 532 нм показана на рисунке 1. Падающий луч с основной частотой настроен как электронный свет, то есть его направление поляризации горизонтальное. В то же время выходной луч также настроен на электронный свет. Такая настройка позволяет использовать направление с наибольшим коэффициентом нелинейности второго порядка в кристалле CPPLN (д₃₃=27,2 пм/В).

Рисунок 1. Принципиальная схема процесса CPPLN SHG

Целью этого эксперимента является повышение эффективности генерации и стабильности лазерного луча с длиной волны 532 нм. Поэтому полосу усиления следует выбирать в соответствии с возможным диапазоном температур. Чем меньше, тем лучше, чтобы обеспечить более высокую эффективность удвоения частоты. Источник света 1064 нм, использованный в этом эксперименте, представляет собой самодельный Nd:YVO с накачкой LD.₄непрерывный лазер. Сначала мы провели тест полосы пропускания этого лазерного луча с длиной волны 1064 нм и обнаружили, что она немного меньше 1 нм. Учитывая необходимость сохранения определенного запаса, мы установили ширину полосы усиления кристалла равной 1 нм. Согласно формуле 4 начальный период CPPLN выбран равным 6,99.мкм, чирп 0,21 мкм^-2, количество периодов 2104, коэффициент заполнения 49,61%. Для кристалла CPPLN его эффективный коэффициент Фурье может быть выражен в области вектора обратной решетки как(Формула 5):

Чтобы интуитивно увидеть работоспособность CPPLN данной проектной структуры, воспользуемсявышеуказанное Fформула 5 для выполнения преобразования Фурье распределениях⁽²⁾(z) этой структуры и получить эффективный коэффициент Фурье структуры CPPLN относительно распределения вектора обратной решетки (как показано на рисунке 2), а также установить связь между температурой и соответствующим фазовым рассогласованием Δкна рисунке 2 для сравнительного анализа. ВФфигура2,Т1 иТ2 находятся на двух концах выпуклой части кривой показателя преломления, что соответствует векторам обратной решетки, которые могут компенсировать фазовое рассогласование при температурах 13,84 ℃ и 27,24 ℃.соответственно. На рисунке 2 показано, что вектор обратной решетки, обеспечиваемый кристаллом CPPLN этой структуры, может компенсировать фазовое рассогласование в диапазоне от 13,84 ℃ до 27,24 ℃, то есть в этом диапазоне температур светоотдача CPPLN с удвоенной частотой будет всегда поддерживаться на высоком уровне.

Рисунок 2. Вектор обратной решетки/фазовое рассогласование (мкмм^-1)

ОтФИз формулы 1 мы можем знать, что основная причина разной эффективности удвоения частоты кристаллов с удвоением частоты состоит в том, чтоотразные материалы - это разница в показателе преломлениядлятотфундаментальный свет итотудвоение частоты света и разница в эффективном коэффициенте нелинейности самого кристалла. Согласно уравнению Селлмейера, мы можем рассчитать показатель преломления света с длиной волны 1064 нм и 532 нм в кристалле CPPLN и кристалле LBO соответственно какн_{1, КППЛН}"="2.1483,н_{2, КППЛН}"="2,2246,н_{1, ЛБО}"="1.6053,н_2,ЛБО"="1,6054. Согласно рисунку 2, используя соотношениед_эфф,CPPLN"="х⁽²⁾(г_м)*д₃₃, мы можем получить эффективный нелинейный коэффициент спроектированной CPPLN в условиях квазисинхронизма какд_эфф,CPPLN"="18.46/В. Эффективный нелинейный коэффициент LBO можно рассчитать с помощью программного обеспечения SNLO какд_эфф,LBO"="13:83/В. Расчет показывает, что в идеальных условиях эффективность удвоения частоты у CPPLN будет существенно выше, чем у LBO, достигая в 24,47 раза больше, чем у LBO.