Studie zur Effizienz und Temperaturrobustheit von gechirpten PPLN-Kristallen im 1064-nm-Frequenzverdopplungsexperiment – ​​03

2. Theoretische Analyse

2.2 Design der CPPLN-Kristallstruktur

Um eine bessere Temperaturrobustheit und eine höhere Frequenzverdopplungseffizienz auf demselben CPPLN-Kristall zu erreichen, haben wir die Kristallstruktur von CPPLN entworfen. Das schematische Diagramm von CPPLN zur Frequenzverdopplung von 1064 nm auf 532 nm ist in Abbildung 1 dargestellt. Der einfallende Strahl mit der Grundfrequenz ist auf E-Licht eingestellt, d. h. seine Polarisationsrichtung ist horizontal. Gleichzeitig wird auch der Ausgangsstrahl auf E-Licht eingestellt. Mit dieser Einstellung können wir die Richtung mit dem größten nichtlinearen Koeffizienten zweiter Ordnung im CPPLN-Kristall verwenden (D₃₃=27,2 pm/V).

Abbildung 1. Schematisches Diagramm des CPPLN-SHG-Prozesses

Das Ziel dieses Experiments besteht darin, die Erzeugungseffizienz und Stabilität des 532-nm-Laserstrahls zu verbessern. Daher sollte die Verstärkungsbandbreite entsprechend dem möglichen Temperaturbereich ausgewählt werden. Je kleiner, desto besser, um sicherzustellen, dass eine höhere Frequenzverdopplungseffizienz erzielt werden kann. Die in diesem Experiment verwendete 1064-nm-Lichtquelle ist ein selbstgebautes LD-gepumptes Nd:YVO₄Dauerlaser. Wir haben zunächst einen Bandbreitentest mit diesem 1064-nm-Laserstrahl durchgeführt und festgestellt, dass er etwas weniger als 1 nm beträgt. Unter Berücksichtigung der Notwendigkeit, einen bestimmten Spielraum beizubehalten, haben wir die Verstärkungsbandbreite des Kristalls auf 1 nm festgelegt. Gemäß Formel 4 wird die Anfangsperiode von CPPLN mit 6,99 gewähltμm, der Chirp beträgt 0,21 μm^-2, die Anzahl der Perioden beträgt 2104 und das Tastverhältnis beträgt 49,61 %. Für den CPPLN-Kristall kann sein effektiver Fourier-Koeffizient im reziproken Gittervektorbereich ausgedrückt werden als:(Formel 5):

Um die Leistung des CPPLN dieser Entwurfsstruktur intuitiv zu sehen, verwenden wirdas obige FFormel 5 zur Durchführung einer Fourier-Transformation der Verteilung vonχ⁽²⁾(z) dieser Struktur und erhalten Sie den effektiven Fourier-Koeffizienten der CPPLN-Struktur in Bezug auf die reziproke Gittervektorverteilung (wie in Abbildung 2 gezeigt) und stellen Sie außerdem die Beziehung zwischen der Temperatur und der entsprechenden Phasenfehlanpassung Δ darkin Abbildung 2 zur vergleichenden Analyse. InFAbbildung2,T1 undT2 befinden sich an den beiden Enden des konvexen Teils der Brechungsindexkurve und entsprechen den reziproken Gittervektoren, die die Phasenfehlanpassung bei Temperaturen von 13,84℃ und 27,24℃ ausgleichen könnenjeweils. Abbildung 2 zeigt, dass der vom CPPLN-Kristall dieser Struktur bereitgestellte reziproke Gittervektor die Phasenfehlanpassung im Bereich von 13,84℃ bis 27,24℃ kompensieren kann, d immer auf einem hohen Niveau gehalten werden.

Abbildung 2. Reziproke Gittervektor-/Phasenfehlanpassung (μM^-1)

AusFFormel 1, wir können wissen, dass der Hauptgrund für die unterschiedliche Frequenzverdopplungseffizienz der hergestellten Frequenzverdopplungskristalle liegtausUnterschiedliche Materialien unterscheiden sich im BrechungsindexfürDieGrundlicht undDiefrequenzverdoppelndes Licht und der Unterschied im effektiven nichtlinearen Koeffizienten des Kristalls selbst. Gemäß der Sellmeier-Gleichung können wir den Brechungsindex von 1064-nm- und 532-nm-Licht im CPPLN-Kristall bzw. LBO-Kristall berechnen alsN_1,CPPLN=2.1483,N_2,CPPLN=2.2246,N_1,LBO=1.6053,N_2,LBO=1.6054. Gemäß Abbildung 2 wird die Beziehung verwendetD_eff,CPPLN=χ⁽²⁾(G_M)*D₃₃, können wir den effektiven nichtlinearen Koeffizienten des entworfenen CPPLN unter Quasi-Phasenanpassungsbedingungen als erhaltenD_eff,CPPLN=18.46 Uhr/V. Der effektive nichtlineare Koeffizient von LBO kann mit der Software SNLO as berechnet werdenD_eff,LBO=0.83pm/V. Die Berechnung zeigt, dass unter idealen Bedingungen die Frequenzverdopplungseffizienz von CPPLN deutlich höher sein wird als die von LBO und das 24,47-fache der von LBO erreichen wird.