基于周期极化铌酸锂晶体的级联非线性效应研究

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1、分类号：O437.1密级：天津理工大学研究生学位论文基于周期极化铌酸锂晶体的级联非线性效应研究（申请硕士学位）学科专业：光学工程研究方向：非线性光学作者姓名：尤文超指导教师：张双根副教授2015年1月ThesisSubmittedtoTianjinUniversityofTechnologyfortheMaster’sDegreeCascadednonlineareffectsinPeriodicallyPoledLithiumNiobatecrystalByWenchaoYouSupervisorAssociateProf.Shuangge

2、nZhangJanuary2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津理工大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津理工大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印

3、、缩印或扫描等复制手段保存、汇编，以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复本和电子文件。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要近些年来，由于超短脉冲激光技术的不断进步，宽带激光的频率转换受到广泛关注。宽带激光与长脉冲或连续激光的频率变换过程存在明显的不同，其极高的峰值功率产生显著的高阶非线性效应，而这些高阶非线性效应对峰值功率较低的长脉冲或连续激光影响很小。同时，由于频谱很宽，频率转换过程不仅要考虑中心频率，其它频率成分也会产生重要作用，这使得频率转换过程比较复

4、杂。本文针对宽带激光级联二阶非线性效应和三次谐波产生开展了较系统的理论分析和实验研究，包括以下两个方面：1、对宽带级联二阶非线性效应进行了理论和实验研究，分析了光谱展宽、频率漂移和能量转移的产生条件及影响因素。建立了级联二阶非线性过程的耦合波方程，利用分步傅里叶法对其进行数值求解，分析了入射光强、相位失配量、群速度失配、群速度色散、晶体长度等参量对级联非线性过程的影响。实验利用PPLN晶体产生二阶级联非线性过程，获得了300nm的光谱展宽，光谱展宽主要受类自相位调制作用，其中基频光波中心波长为1550nm、谱宽为50nm、脉冲宽度为40fs。

5、改变入射波长，输出光波发生红移或蓝移，频率漂移量受相位失配量大小及正负的影响，实验获得了50nm的红移和60nm的蓝移。2、对宽带级联三次谐波产生进行了理论分析和实验研究，分析了高效三次谐波转换的影响因素。建立了级联方式产生三次谐波的物理模型，解析推导了三倍频光波的表达式；对比了长脉冲和宽带激光入射时，入射光强、相位失配量和传播距离等参量对谐波效率的影响。考虑走离效应，输入脉宽的阈值约为20fs。当入射强度低于35GW/cm2时，三次谐波效率主要取决于△k-1THG，当△kTHG=±5cm时转换效率最高；当入射强度增加时，转化效率主要取决于△

6、k-1SHG，当△kSHG=±10cm时转换效率最高；随着入射强度进一步增加，谐波转化效率趋于饱和。实验以波长为1550nm、脉冲宽度为100fs的宽带激光作为基频光源，在一块多周期5mol.%MgO:LN晶体中，实现了转换效率约为10.8%的级联三次谐波产生。在近似满足相位匹配条件的情况下，温度调谐带宽约为120℃，产生三次谐波的谱宽为9nm。关键词：宽带激光，级联二阶非线性效应，级联三次谐波产生，掺镁铌酸锂晶体AbstractRecently,withthedevelopmentofpulselasers,nonlinearoptical

7、frequencyconversionofbroadbandlasershasbeenattractedmuchattention.However,broadbandpulseisdifferencefromlongpulseandcontinuouswave.Itshighincidentintensitywouldinevitablycausehigh-ordernonlinearity,whichhaslittleeffectonthefrequencyconversionoflongpulseandcontinuouswave.The

8、spectrumofbroadbandpulseisverywide,notonlythecentralwavelengthbutalsootherwaveleng