LBO晶体_类倍频相位匹配转换效率的数值计算

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1、激光与光电子学进展４８，１２１６０２（２０１１）Ｌａｓｅｒ＆ＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＰｒｏｇｒｅｓｓ○Ｃ２０１１《中国激光》杂志社ＬＢＯ晶体Ⅰ类倍频相位匹配转换效率的数值计算张鑫王爱坤薛建华宋臻（河北科技大学物理系，河北石家庄０５００１８）摘要数值计算了ＬＢＯ晶体中基频光波长为１０６４ｎｍ时，在Ｉ类倍频相位匹配范围内所有匹配方向上慢、快光的走离角、互作用角和折射率。基频慢光的走离角范围为０°～１．３５°，倍频快光的走离角范围为０°～１．５２°，慢快光互作用角范围为０°～１．１５°；在不忽略三波走离角、互作

2、用角以及折射率的变化的情况下，数值求解了三波耦合波方程及在各相位匹配方向上倍频转化效率随通光长度的变化规律。结果表明，在匹配方向约为（４２．２°，１９°）时转化效率达到极大值，约为３．３５％。在每一匹配角方向上，其转化效率与通光长度的平方成正比。关键词非线性光学；匹配角；转化效率；数值计算；耦合波方程中图分类号Ｏ４３７文献标识码Ａｄｏｉ：１０．３７８８／ＬＯＰ４８．１２１６０２ＮｕｍｅｒｉｃａｌＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙｉｎＴｙｐｅⅠＦｒｅｑｕｅｎｃｙ－Ｄｏｕｂｌｉｎｇｏ

3、ｎＬＢＯＣｒｙｓｔａｌＺｈａｎｇＸｉｎＷａｎｇＡｉｋｕｎＸｕｅＪｉａｎｈｕａＳｏｎｇＺｈｅｎ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＰｈｙｓｉｃｓ，ＨｅｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ，Ｈｅｂｅｉ０５００１８，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｗａｌｋ－ｏｆｆａｎｇｌｅ，ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎａｎｇｌｅａｎｄｒｅｆｒａｃｔｉｖｅｉｎｄｅｘａｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｗｉｔｈｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｅｔｈｏｄｓｕｎｄｅｒｔｙｐｅＩｆｒｅｑｕｅｎｃｙ－ｄｏｕｂｌｉｎｇｐｈ

4、ａｓｅ－ｍａｔｃｈｉｎｇｄｉｒｅｃｔｉｏｎ，ｗｈｉｌｅｔｈｅｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｉｓ１０６４ｎｍｉｎＬＢＯｃｒｙｓｔａｌ．Ｔｈｅｗａｌｋ－ｏｆｆａｎｇｌｅｏｆｔｈｅｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｉｓ０°～１．３５°．Ｔｈｅｗａｌｋ－ｏｆｆａｎｇｌｅｏｆｔｈｅｄｏｕｂｌｉｎｇｆｒｅｑｕｅｎｃｙｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｉｓ０°～１．５２°．Ｔｈｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎａｎｇｌｅｂｅｔｗｅｅｎｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｎｄｄｏｕｂｌｉｎ

5、ｇｆｒｅｑｕｅｎｃｙｗａｖｅｓｉｓ０°～１．１５°．Ｔｈｅｃｏｕｐｌｅｄｗａｖｅｅｑｕａｔｉｏｎｓａｎｄｔｈｅｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｒｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｅｄｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｗａｌｋ－ｏｆｆａｎｇｌｅ，ｔｈｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎａｎｇｌｅａｎｄｔｈｅｒｅｆｒａｃｔｉｖｅｉｎｄｅｘ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｈａｓｍａｘｉｍｕｍｖａｌｕｅ（３．３５％）ｗｈｅｎｔｈｅｐｈａｓｅｍａｔｃｈｉｎｇｄ

6、ｉｒｅｃｔｉｏｎｉｓａｂｏｕｔ（４２．２°，１９°）．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｉｓｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌｔｏｔｈｅｓｑｕａｒｅｏｆｔｈｅｃｒｙｓｔａｌｌｅｎｇｔｈ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｎｏｎｌｉｎｅａｒｏｐｔｉｃｓ；ｐｈａｓｅｍａｔｃｈｉｎｇａｎｇｌｅ；ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ；ｃｏｕｐｌｅｄｗａｖｅｅｑｕａｔｉｏｎＯＣＩＳｃｏｄｅｓ１６０．４３３０；１４０．３５１５；０１０．３６４０１引言［１３］［４］变频转化

7、效率是变频技术的重要内容之一。在各向异性的晶体中，三波均存在一定的走离角，而走离角、折射率对变频的转换效率均有影响。由于耦合波方程是复数非线性微分方程组，理论和数值计算都比较困难，因此通常文献中只对这些影响因素做了定性分析和说明，没有具体计算。本文利用Ｆｏｒｔｒａｎ编程，在共线匹配角范围内，考虑三波走离角及折射率的变化等因素，数值求解ＬＢＯ晶体耦合波方程，进而计算Ｉ类倍频转化效率，以对变频技术的实施提供理论数据。２ＬＢＯ晶体耦合波方程的化简［４］共线匹配的三波互作用中光波的走离并不破坏相位匹配条件，耦合波方程组

8、可简化为收稿日期：２０１１－０６－２１；收到修改稿日期：２０１１－０８－１０；网络出版日期：２０１１－１０－１３基金项目：河北省教育厅科技攻关计划项目（Ｚ２００７２２８）资助课题。作者简介：张鑫（１９８５—），男，硕士研究生，主要从事凝聚态物理方面的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈｘｉｎ－２４８６＠１６３．ｃｏｍ导师简介：王爱坤（１９６２—），女，博士，教授，主要从事晶体的铁电和非线性光学性质