收藏本站
《黑龙江大学》 2016年
加入收藏

几种典型红外非线性晶体倍频中的热光耦合特性研究

张文超  
【摘要】:自20世纪60年代末非线性光学现象被发现以来,人们对红外非线性晶体的特性进行了广泛地研究,其中,对红外非线性晶体光学频率变换的研究备受关注。本文研究了红外非线性晶体对9.6μm CO2激光进行倍频过程中的热光耦合特性。建立了热学各向异性介质中的热光耦合模型,数值模拟了Ga Se、ZnGeP_2、AgGaSe_2三种晶体倍频中的热光耦合特性,研究了倍频效率、温度分布的演化过程,具体的研究工作如下:1、建立了晶体倍频时热光耦合模型。考虑光束走离效应和温度各向异性,建立了新的热光耦合理论模型,利用半解析法对热传导方程进行求解,用数值傅里叶变换方法对倍频耦合方程进行了求解,用等效热源的方法,通过对模型中各向异性的热导率进行迭代计算,研究了光场和温度场的关系。2、理论研究了热学各向异性晶体Ga Se倍频过程中的热光耦合特性。Ga Se晶体具有较大的热学各向异性,横向热导率较小,在倍频时会产生不可忽略的温度梯度,而纵向热导率较大,并且由于纵轴方向热源均匀,所以温度分布比较平坦。数值分析表明,在弱制冷条件下,边界温度不断增加,更多的热量储存在晶体中。在强制冷条件下,因倍频而产生的热量能够迅速散发,晶体中的热量较少,温度稳定时间比弱制冷条件下大大缩短。但两种条件下,温度达到稳定后晶体的温度分布大致相同。研究表明,由于Ga Se晶体对倍频光吸收系数较大,使得温度升高,折射率改变,相位匹配条件被破坏,相位失配,倍频光大大减少。在弱制冷条件下,晶体转换效率快速降低,温度达到稳定分布时,转换效率几乎为0,倍频与倍频倒转返复过程明显。即使在强制冷条件下,想要通过控制温度来恢复倍频转换效率也是困难的。3、理论研究了ZnGeP_2晶体倍频中热光耦合特性。ZnGeP_2晶体热学各向异性较弱,热导率较大,晶体内横向温度梯度相对较小,在纵轴热源均匀的情况下,温度分布比较平坦。数值分析表明,弱制冷条件下,温度达到稳定分布所需要的时间是强制冷情况下的230倍,最大温升是强制冷条件下的34倍。两种条件下,温度达到稳定时,晶体的温度分布无明显差异。在强制冷条件下,ZnGeP_2晶体温度场整体迅速达到稳定,相位匹配效果好,转换效率基本不受影响,输出的谐波光束质量较好。在弱制冷条件下,光能量的吸收以基频光为主,倍频光大大减少,相位失配明显,累积的相位失配引起了晶体中倍频的反转,温度达到稳定时,转换效率几乎为零。4、理论研究了AgGaSe_2晶体倍频中热光耦合特性。AgGaSe_2晶体的热导率较小,吸收系数相对也较小,热学各向异性较弱。数值分析表明,在弱制冷情况,横向温度梯度相对较小,纵轴温度分布均匀。在功率不变的情况下,随着束腰半径的增加,温度达到稳定分布的时间有所延长,稳定后的温度分布大致相同。在束腰半径不变的情况下,随着基频光功率的增加,相位失配愈加明显,倍频光迅速减少。当温度达到稳定分布时,累积的相位失配引起了晶体中倍频与倍频倒转返复过程,倍频光转换效率迅速降低,几乎为0。5、对Ga Se、ZnGeP_2、AgGaSe_2三种典型红外非线性晶体倍频中热光耦合特性进行了对比分析。在强制冷情况下,ZnGeP_2晶体相位失配不明显,转换过程和温度分布几乎没有受到影响,使得它的倍频效率最高。相对而言,Ga Se晶体对倍频光的吸收系数较大,温度升高迅速,相位失配明显,倍频效率较低。在弱制冷条件下,三种晶体温度分布随时间的变化很快,纵轴方向上温度场分布均匀。AgGaSe_2晶体转换效率最低,Ga Se晶体热学各向异性较强,AgGaSe_2和Ga Se两种晶体相位失配明显,会出现倍频与倍频倒转反复过程。
【关键词】:倍频 热光耦合 GaSe晶体 ZnGeP2晶体 AgGaSe_2晶体
【学位授予单位】:黑龙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:O73
【目录】:
  • 中文摘要6-8
  • Abstract8-18
  • 第1章 绪论18-29
  • 1.1 课题研究的目的和意义18-19
  • 1.2 光学频率变换中的热光耦合国内外现状19-23
  • 1.2.1 腔内激光晶体中的热效应20-21
  • 1.2.2 腔外非线性晶体中的热效应21-23
  • 1.3 非线性晶体中CO_2激光倍频应用23-24
  • 1.4 几种典型红外非线性晶体简要概述24-26
  • 1.4.1 GaSe晶体基本特性概述25
  • 1.4.2 ZnGeP_2晶体基本特性概述25
  • 1.4.3 AgGaSe_2晶体基本特性概述25-26
  • 1.5 本文的研究意义和主要内容26-29
  • 1.5.1 本文的研究意义26
  • 1.5.2 本文的主要内容26-29
  • 第2章 光学频率变换理论及温度场方程29-68
  • 2.1 引言29-30
  • 2.2 非线性介质中光波传播的波动方程30-33
  • 2.3 耦合波方程的平面波理论33-47
  • 2.3.1 三波耦合波方程33-38
  • 2.3.2 倍频的小信号分析38-39
  • 2.3.3 倍频的大信号分析39-43
  • 2.3.4 相位匹配技术43-47
  • 2.4 高斯光束倍频理论47-54
  • 2.4.1 一般光束的耦合波方程47-49
  • 2.4.2 高斯光束倍频的小信号分析49-53
  • 2.4.3 高斯光束倍频的一般特性53-54
  • 2.5 热传导方程54-62
  • 2.5.1 热传导方程的一般形式57-58
  • 2.5.2 热传导边界条件58-60
  • 2.5.3 热传导方程的解析方法60-62
  • 2.6 热传导方程的数值方法62-67
  • 2.6.1 有限差分方法63-65
  • 2.6.2 有限容积方法65-66
  • 2.6.3 有限元方法66-67
  • 2.7 本章小结67-68
  • 第3章 晶体倍频的热光耦合模型68-84
  • 3.1 引言68
  • 3.2 光场与温度场耦合偏微分方程68-76
  • 3.2.1 耦合波方程的建立68-74
  • 3.2.2 温度场方程的建立74-76
  • 3.3 热光耦合方程的半解析结果76-83
  • 3.3.1 傅里叶变换法求解耦合方程76-79
  • 3.3.2 傅里叶变换法求解温度场方程79-83
  • 3.4 本章小结83-84
  • 第4章 GaSe晶体倍频中的热光耦合特性研究84-98
  • 4.1 引言84
  • 4.2 GaSe晶体光学特性84-86
  • 4.3 GaSe晶体热光耦合模型的建立86-88
  • 4.4 GaSe晶体基本参数的选定88-89
  • 4.5 GaSe晶体倍频中的数值模拟89-97
  • 4.6 本章小结97-98
  • 第5章 ZnGeP_2晶体倍频中的热光耦合特性研究98-109
  • 5.1 引言98
  • 5.2 ZnGeP_2晶体光学特性98-99
  • 5.3 ZnGeP_2晶体热光耦合模型的建立99-100
  • 5.4 ZnGeP_2晶体基本参数的选定100-101
  • 5.5 ZnGeP_2晶体倍频中的数值模拟101-108
  • 5.6 本章小结108-109
  • 第6章 AgGaSe_2晶体倍频中的热光耦合特性研究109-124
  • 6.1 引言109
  • 6.2 AgGaSe_2晶体光学特性109-111
  • 6.3 AgGaSe_2晶体基本参数的选定111
  • 6.4 AgGaSe_2晶体倍频中的数值模拟111-121
  • 6.5 三种红外晶体倍频的比较分析121-122
  • 6.6 本章小结122-124
  • 结论124-128
  • 参考文献128-139
  • 致谢139-140
  • 攻读学位期间发表论文140

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 宋春荣;赵建君;刘进;;深紫外非线性晶体KBe_2BO_3F_2的倍频转换效率[J];光电工程;2010年09期
2 马兴寰;刘正颖;张蓉竹;;激光热效应对PPLN晶体倍频效率的影响[J];强激光与粒子束;2011年12期
3 ;[J];;年期
中国重要会议论文全文数据库 前6条
1 马驰;魏晓峰;袁静;骆永全;;高强度三倍频实验[A];中国工程物理研究院科技年报(2000)[C];2000年
2 戴亚平;黄关龙;邵平;;“神光-Ⅱ”装置三倍频实验中靶场单元技术的改进[A];第六届全国激光科学技术青年学术交流会论文集[C];2001年
3 彭瑜;赵阳;李烨;曹建平;方占军;臧二军;;使用Hansch-Couillaud实现461nm外腔倍频激光器的锁定[A];2009全国时间频率学术会议论文集[C];2009年
4 王旭葆;丁鹏;左铁钏;;LBO晶体直接倍频获得488nm激光[A];2008年激光探测、制导与对抗技术研讨会论文集[C];2008年
5 韩亚帅;郭善龙;何军;王军民;;1560nm激光经PPLN晶体和PPMgO:LN波导准相位匹配倍频研究[A];第十五届全国量子光学学术报告会报告摘要集[C];2012年
6 刘秀环;陈占国;贾刚;时宝;;半绝缘GaAs倍频效应的研究[A];2007年先进激光技术发展与应用研讨会论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 徐东东;基于LD泵浦铯蒸汽激光器的倍频蓝紫激光技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2016年
2 张文超;几种典型红外非线性晶体倍频中的热光耦合特性研究[D];黑龙江大学;2016年
3 郑万国;高功率激光宽带倍频技术研究[D];复旦大学;2006年
4 张双根;周期极化微结构超短脉冲倍频的理论和实验研究[D];南开大学;2009年
5 王伟;ICF激光驱动器频率转换关键问题研究[D];山东大学;2011年
6 罗玉;利用Ⅱ类匹配谐振倍频产生多种非经典光场的实验研究[D];山西大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张新;高效短脉冲宽带激光倍频技术研究[D];北京理工大学;2016年
2 蒋栗;高功率百皮秒级激光频率转换技术研究[D];哈尔滨工业大学;2016年
3 董野;基于光线追迹法的266nm紫外倍频光场模拟研究[D];长春理工大学;2016年
4 赵阳;用环形外腔倍频获得稳定461nm激光[D];北京交通大学;2008年
5 石磊;百焦耳固体激光器高效三倍频系统设计及实验研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
6 黄中华;高强度激光宽带三倍频的研究[D];四川大学;2005年
7 王文沛;多倍频调制在光纤无线通信系统中的研究[D];湖南大学;2010年
8 邓雪;整块周期性极化KTP晶体蓝光倍频的实验研究[D];山西大学;2014年
9 许夏飞;基于PDH(Pound-Drever-HaⅡ)技术外腔谐振倍频理论与实验研究[D];中国工程物理研究院;2015年
10 葛玉隆;1560nm激光外腔谐振倍频研究[D];山西大学;2015年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026