Studie zur Effizienz und Temperaturrobustheit von gechirpten PPLN-Kristallen im 1064-nm-Frequenzverdopplungsexperiment – ​​01

532-nm-Festkörperlaser werden häufig in Industrie und Medizin eingesetzt. Im Bereich der wissenschaftlichen Forschung sind kontinuierliches, hochstabiles 532-nm-Grünlicht und Kilohertz-Hochenergie-Nanosekunden-532-nm-Laser die idealsten Pumpquellenlösungen für Titan-Saphir-Oszillatoren bzw. -Verstärker. Der grundlegende Weg besteht darin, einen 808-nm-/880-nm-Halbleiterlaser als Pumpquelle zu verwenden und einen 1064-nm-Laser in einem Nd:YVO zu erzeugen₄oder Nd:YAG-Kristall, und führen Sie dann eine Frequenzverdopplung (SHG) durch einen Frequenzverdopplungskristall durch, um einen kontinuierlichen oder gepulsten 532-nm-Laser zu erzeugen. Der derzeit am häufigsten verwendete Frequenzverdoppelungskristall ist Lithiumtriborat (LBO)., www.wisoptic.com), das die Vorteile niedriger Kosten, hoher Schadensschwelle und eines breiten Lichtdurchlässigkeitsbandes bietet. Allerdings ist sein nichtlinearer Koeffizient nicht hoch und die Umwandlungseffizienz der Frequenzverdopplung ist sehr gering. Darüber hinaus ist die Frequenzverdopplungseffizienz von LBO sehr temperaturempfindlich. Leichte Temperaturänderungen beeinflussen die Phasenanpassung des einfallenden Lichts und beeinflussen somit die Parameter der Laserleistung.

Nachdem das Konzept der Quasi-Phasenanpassung und die Methode der elektrischen Feldpolarisation vorgeschlagen wurden, begann man, periodisch polarisiertes Lithiumniobat (PPLN) zu verwenden, www.wisoptic.com) Kristalle anstelle von LBO als FrequenzverdopplungMaterialzum Prüfen. 1997 versuchte GD Miller von der Stanford University, zusätzlich PPMgLN mit einer Länge von 53 mm zu verwenden-Hohlraumfrequenzverdoppelungskristall. Wenn die Temperatur streng auf 199,5 °C kontrolliert wurde, konnte eine kontinuierliche grüne Lichtleistung von 2,7 W erzielt werden, und die Umwandlungseffizienz erreichte 42 %. Allerdings betrug die Temperaturabweichung 0,3°C, TDer Umwandlungswirkungsgrad sank fast auf 0. Im Jahr 2009 verwendeten das japanische Unternehmen Kiyohide Sakai und andere ebenfalls 18 mm PPMgLN, um eine grüne Lichtleistung von 1,2 W und einen Umwandlungswirkungsgrad von 60 % zu erzielen. Allerdings wurde die Umwandlungseffizienz bereits um mehr als die Hälfte reduziertwenn die Temperatur um 1°C abweicht. Im Jahr 2002 nutzten Yu Jian und andere von der Tianjin-Universität in China ebenfalls erfolgreich ein selbst erstelltes PPLN, um mehr zu erreichen-Ausgang zur Verdopplung der Hohlraumfrequenz. Sie verwendeten jedoch keine Temperaturkontrollausrüstung und der Wirkungsgrad der Frequenzverdoppelung betrug nur 0,052 %. Obwohl PPLN im Vergleich zu LBO eine stärkere frequenzverdoppelte Lichtenergie erhalten kann,Eserfordert immer noch eine strenge Temperaturkontrolle, wenn es in der Frequenzverdoppelung verwendet wirding. Um das zu durchbrechenIstAufgrund der Einschränkungen von PPLN wurden verschiedene strukturelle Designlösungen vorgeschlagen, darunter multiperiodische, gechirpte, aperiodisch polarisierte Kristalle usw. Unter ihnen bezieht sich der gechirpte periodisch polarisierte Lithiumniobat-Kristall (CPPLN) auf die Einführung einer Chirp-ähnlichen Strukturverteilung in Die Ausbreitungsrichtung des Lasers basiert auf PPLN, d. h. die Polarisationsperiode ändert sich linear entlang der Ausbreitungsrichtung. Dieses Design ermöglicht es dem Kristall, auf Kosten eines bestimmten nichtlinearen Koeffizienten ein kontinuierliches reziprokes Vektorband bereitzustellen, erweitert die Verstärkungsbandbreite des Kristalls und ermöglicht die Verwendung des Kristalls in einem breiteren Spektrum experimenteller Szenarien.

Um die Produktionseffizienz und Stabilität von 532 nm weiter zu verbessern, wurde in diesem Artikel die Struktur eines gechirpten periodischen Pols entworfenLNKristall(www.wisoptic.com)basierend auf Quasi-Phasenanpassung.Ziel dieser Studie ist es, höhere Werte zu erreichenUmwandlungseffizienz der Frequenzverdopplungin CPPLNKristallals inLBOKristall, der istderzeit am häufigsten auf dem Markt verwendet, undum zu beweisen, dassDieCPPLNKristall hat einen bestimmten zulässigen Schwankungsbereich der UmgebungstemperaturErgebnisingin der HöheähmUmwandlungseffizienz und niedrigähmSchwierigkeit des experimentellen Betriebs. Experimente zeigen, dass das entworfene CPPLN 148 mW 532-nm-Licht ausgeben kann, wenn der Eingang kontinuierlich 1064 nm beträgtStrahlDie Leistung beträgt 22,53 W und der Umwandlungswirkungsgrad beträgt etwa 0,66 %, was dem 15,58-fachen des LBO entspricht. Gleichzeitig ist die Halbwertsbreite von CPPLN, die sich mit der Temperatur ändert, größer als die von LBO, und die Punktform ändert sich grundsätzlich nicht mit der Temperatur, sodass es eine bessere Temperaturrobustheit als LBO aufweist.