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平顶方波和高斯光束倍频转换效率的分析

时间:2020-03-26来源:未知 作者:admin点击:
平顶方波和高斯光束倍频转换效率的分析_IT/计算机_专业资料。对平顶方波在CLBO晶体上的Ⅰ类及Ⅱ类相位匹配条件下的倍频光束转换效率,进行了理论模拟计算,给出了影响谐波转换效率

  平顶方波和高斯光束倍频转换效率的分析_IT/计算机_专业资料。对平顶方波在CLBO晶体上的Ⅰ类及Ⅱ类相位匹配条件下的倍频光束转换效率,进行了理论模拟计算,给出了影响谐波转换效率的各种因素;并将其与高斯光束的谐波转换效率进行了比较,得出在相同条件下,平顶方小的倍频转换效率大于高斯光束。

  维普资讯 第 2 6卷 第 5期 20 0 2年 9月 河北 师 范大 学 学报 ( 然科 学 版 ) 自 J u n lo b i o r a fHe e r a n v r iy( t r lS i n e Ed to ) No m lU i e s t Na u a c e c i n i V o1 .26 N O.5 Sep.2 002 平 顶 方 波 和 高 斯 光 束 倍 频 转 换 效 率 的 分 析 薛建 华 , 王 丽 门艳彬, 陈少 华 , ( . 北 师范 大学 物 理学 院 , 北 石家 庄 1河 河 00 1 ;. 北 科技 大学 理 学 院 , 北 石 家庄 5 0 2 河 6 河 0 01 ) 5 0 8 摘 要 : 平 顶 方 波 在 C B 晶 体 上 的 I 及 I类 相 位 匹 配 条 件 下 的 倍 频 光 束 转 换 效 率 , 行 了 理 论 模 对 L O 类 进 拟 计 算 , 出 了 影 响 谐 波 转 换 效 率 的 各 种 因 素 ; 将 其 与 高 斯 光 束 的 谐 波 转 换 效 率 进 行 了 比 较 , 出 在 相 同 条 给 并 得 件 下 , 顶方 波 的倍 频 转换 效率 大 于高斯 光 束. 平 关 键 词 : 顶 方 波 ;倍 频 ;转 换 效 率 平 中 图 分 类 号 : 3 0 47 文献 标 识码 : A 文 章 编 号 :0 05 5 ( 0 2 0 — 4 1 0 1 0 — 8 4 2 0 ) 50 7 —4 平 顶 方 波 是 描 述 光 场 横 向分 布 为 均 匀 平 顶 的 一 种 光 束 模 型 .自从 1 9 9 4年 F. r 首 次 提 出这 一 概 Go i 念 之 后 , 关 平 顶 高 斯 光 束 的 传 输 、 大 、 得 方 法 等 方 面 的理 论 及 实 验 研 究 已取 得 许 多 成 就 有 放 获 卜. 目 前 , 顶 激 光 在 工 业 加 工 、 事 、 疗 等 方 面 的应 用 日益 广 泛 , 而 将 平 顶 方 波 应 用 于 非 线性 光 学 频 率 变 平 军 医 然 换 , 究 其 在 非 线 性 晶 体 上 的谐 波 转 换 效 率 方 面 尚 未 见 到 相 关 报 道 . 文 中 , 者 在 理 论 上 通 过 数 值 计 研 本 笔 算 模 拟 了平 顶 方 波 的倍 频 转 换 效 率 与 各 种影 响 因 素 之 间 的关 系 , 与 高 斯 光 束 进 行 了 比较 . 并 1 理 论 分 析 和 数 值 计 算 1 1 . I类 相 位 匹 配 轴 对 称 的平 顶 方 波 在 一 0界 面 处 的场 强 分 布 为 唧[ 一 E |一 H . 1 ][ 妻 /s ,  ̄ 2o f 0df I … ]Ⅳ 2 c … , —z K, ( 2 ) 式 中。 N 为 平 顶 方 波 的 束 腰 宽 度 和 阶数 ( 一 0约 化 为 高 斯 光 束 ) E。 常 数 . , Ⅳ , 为 令 E( f ,)一 E ( r e p ( 一 t , )x j k + ( ] ( ) 一 1 2 3 , , , ) 其 中 E 为 各 波 电场 的振 幅 , , , 为 其 相 应 的频 率 、 矢 及 走 离 角 , 鲋 为 三 波 相 互 作 用 的 有 效 非 线 性 波 d 系数. 在 慢 变 振 幅近 似 下 , 顶 方 波 在 无 损耗 且 电导 率 为 0的介 质 中 I类 共 线 匹配 下 , 足 + 一 平 满 的耦 合 波 方 程 为 d'1 u 一 2 ai, 一von la vs ) 一 ] d i n 0, 冀一i( i 一 k — a 一 n 1— +Kr — m 3 十 1 —0 n A 2 s ( ) J — k 式 中 0一 z k+ A , 中 A A 9其 k— k k 一 k, 3一 1 : A9一 份 一 一 讫. 在 方 程 组 ( )的第 3式 中 , 3 由于 方 程 两 边 为 与 自变 量 无关 的 两 微 分 方 程 , 因此 它 们必 须 等 于 同一 常 收 稿 日期 :0 2一O 20 3—2 ;修 回 日期 : 0 2一O 8 20 5—2 7 作 者 简 介 : 建 华 ( 9 4 ) 女 , 北 肥 乡 人 , 北 师 范 大 学 硕 士 研 究 生 薛 17. , 河 河 维普资讯 42 7 河北 师 范大学 学报 ( 自然科 学版 ) 第 2 6卷 数 . 此 常 数 为 D/ , 是 可 以得 到 下 面 2个 方 程 : 设 K 于 d ( 1 )一 D 一 — n0 a 1 v )一 K ’ s — (n j。 i 3 一 一 , ( ) 4) L 4 2k ml 1 —— 1万 , T-A, K L n f I 一D k =—一 ’ — 3r ( 5 ) () 6 由() 积分 可得 : 5式 3 (. , )一 C O1, 3 e O)(. 1xp[ 3. D — ) 五,( —Ak) , ] 式 c积常. 平方的布有p 中为分数 于顶波分具 e 一 o 由 X [ 并 考虑 归 一 化 定 义 ( ) 得 谐 波 场 强 2 解 E3 ( )一 , t n[ .a ) g E( , ] : 0, ) / . , ][ 塞 薏 . ] 形,折扇探花 式满 的 当 () 7 足 完全 相 位 匹 配条 件 A k— k 一 2 一 0时 , ( ) 推得 D 一 0 即 sn 。 k 从 6式 , i 0— 1 将 其 代 入 ( ) 第 2式 , , 3 的 式 g 詈 詈 g e 中 差一 翥,z 1 。 一 一 “ 平 顶 方 波 在 I类 相 位 匹配 时 的 二 次 谐 波 转 换 效 率 为 n 3 l , ( 8 ) ㈤ , 一 一 — 2 f EZ Or)aZ(v -gE ( r))r r o ( , t n / z z O, d g — 考 虑 平 顶 方 波 在 负单 轴 晶体 C B 上 的 倍 频 . B I类倍 频 ( + O— P 的 匹配 角 为 0— 2 . 。 L O CL O o ) 87, 一 4 。 第 1 第 2基 波 场 强 为 E , , 率 一 一 1 7 Hz 走离 角 一: 0 对 应 折 射 率 一 5. 及 E:频 . 8P , 一 , :一 I 4 54 倍 频 场 场 强 E。 . 8 , ,频 率 一 2 3 5 w 一 .6 PHz ,走 离 角 一 I 5 。 对 应 折 射 率。 I 4 6 .9, 一 .4. d“一 0 4 m/ .将 以 上 数 据 代 入 ( )式 计 算 得 : 一 2 0 5 g 一 1 3 .5 p v 8 g .5 ,z . 1× 1 一. 平 顶 方 波 的 场 强 形 0 将 式 ( )代 入 ( )式 进 行 数值 计 算 , 到 其 I类 倍 频 效 率 随 基 波 阶数 N , E。 曲线 得 , 的 褂 哥 韭 j ( } c 一 一 图 1 不同阶 数 的平顶 高斯 和 高 斯 光 束 I类 倍 频 效 率 与 的 关 系 图 2 N = 4的 平 顶 方 波 和 高 斯 光 束 在 不 同 基 波 场 强 下 的 I 倍 频 转 换 效 率 的 比 较 类 由 图 1可 见 , 基 波强 度 一 定 时 ( 一 0 5 V/ 在 E。 . M mm) 平 顶 方 波 的 I类 倍 频 效 率 随 晶 体 长 度 的 增 , 大 而 增 大 并 逐 渐达 到 同 一 饱 和 限 度 . 波 阶数 Ⅳ 对 倍 频 效 率 的 影 响 不是 很 明 显 , 越 高 达 到 饱 和 倍 频 基 Ⅳ 效率所需 晶体长度越短 , 在相 同的 情 况 下倍 频 效 率 随 Ⅳ 增 大 ; 何 阶 数 的 平 顶 方 波 的 倍 频 效 率 都 大 于 任 相 应 晶 体 长 度 上 的 高 斯 光 束 的转 换 效 率 . 波 阶 数一 定 时 ( 一 4 , 顶 方 波 和 高 斯 光 束 的 倍 频 效 率 在 基 Ⅳ )平 不 同基 波 强 度 下 随 晶体 长 度 的变 化规 律 如 图 2所 示 . 一 晶 体 长 度 , 波 功 率 越 高 , 频效 率 也 越 高 , 同 基 倍 且 在 同 一 基 波 功 率 下 平 顶 方 波 的转 换 效 率 大 于 高 斯 光 束 的效 率 ; 同 的 基 波 功 率 均 随 着 晶 体 长 度 的 增 加 不 而 或 早 或 晚 地 达 到 同一 饱 和效 率 . 由此 可 见 晶体 长度 并 非 越 长 越 好 , 应 考 虑 损 耗 及 走 离 效 应 等 . 还 维普资讯 第 5期 薛建 华 等 :平顶 方波 和 高斯 光 束倍 频 转换 效率 的分 析 43 7 1 2 Ⅱ 类 相 位 匹 配 . Ⅱ类 相 位 匹配 条 件 下 , 基 波 作 为 2 光 波 处 理 . I类 的推 导 步 骤 相 同 , 得 在 满 足 完 全 相 位 匹 将 束 同 可 8 7 6 5 4 3 配条件 足 一 足 一 足 一 。时, 一 △ 。 D 足一 。 设 一 瓦 o E . E 2 一 E; E, 得 谐 波转 换 效 率 为l 。+ 。可 5: , 一a g2 二 d 1 +d r z)= l ( = g1 : : : fU(, 2,. o ,7, O. c ). d … 一 , ( O) 1 jn .2 o[ S H E2 0 o( z。 ] 。 2d ( /d< ,/E ,, g3 g , , .. . 2 删 , . 1 , ) 其 中 g ,一 rksos l麓 g o (s%s) 一 2 1 — c —a o oca/ k z z 一 g一 l p , 丢 研 g一 。r 2 r ,[ … g一 2l “ 3 wk s/ r ol ca l 8 7 6 5 4 3 CL O 晶体 Ⅱ类 匹 配倍 频 ( B + 0一 ) 1 0 4~ 0 5 2 (.6 . 3 m)的 匹配 角 为 0— 4 . 。 一 0 , 1 1 8, 。 第 基 波场 强为 E , 率 O 频 . J 1 7 Hz 走 离 角 口 一 1 9 。 对 应 折 射 率 一 1 4 27 第 2基 波 场 强 为 E , 一 . 8P , . 2, . 6 ; 频 率 O . J 一 1 7 Hz 走 离 角 口 . 8P , 一 0 , 应 折 射 率 。对 一 1 4 54 倍 频 场 场 强 为 E。 频 率 c . 8 ; , u 。一 2u c 一 3 5 Hz 走 离 角 口 一 1 8 。对 应 折 射 率。 1 4 43 d .6 P , 。 . 5, 一 . 7 . 一 0 9 4p v 将 以 上 数 据 代 入 ( 1 式 计 算 . 4 m/ . 1) 得 : 1 2 0 , 2— 2 7 6× 1 一 , 3 1 0 8 g一 1 9 , 2 g — .5g .0 0 g — .0 ,1 . 8 g一 2 7 . 1× 1 一, 3 0 g一 0 9 2 将 以 上 数 .9. 据分别代入 (0 1 )式 中相 应 的 方 程 , 过 数 值 计 算 可 得 到 平 顶 方 波 和 高 斯 光 束 Ⅱ 类 倍 频 效 率 与 N , d, 经 z, E。 间 的关 系 曲 线 在 基 波 场 强 和 偏 振分 量 比一 定 时 ( 一 0 5 V/ 是 E。 . M mm, d一 0 8 , 同 阶数 的 平 顶 方 波 与 高 斯 .)不 光 束 的 Ⅱ类 倍 频 效 率 与 z的关 系 . 图 3可 见 Ⅱ 类 倍 频 的转 换 效 率 并 不 像 I类 时 那 样 随 z趋 向饱 和 , 从 而 是 出现 了 振 荡 现 象 . 达 到 最 大 倍 频 效 率 之 前 , 顶 方 波 在 z一 定 时 倍 频 效 率 随 Ⅳ 增 大 而 增 加 且 大 于 在 平 高 斯 光 束 的 倍 频 效 率 . 4 图 5分 别 显 示 了在 d< 1 一 0 8 图 、 ( . )和 d> 1 一 1 4 ( . )时 , 类 倍 频 效 率 Ⅱ 平 瓶噩 青募 鋈 § } 卜 斟 辞 {《 ( j 昌 辞 {《 ( j = 图 3 E。一 0 5 , = 0 8时 不 同 阶 数 的 平 顶 方 波 . E6 d . 与 高 斯 光 束 Ⅱ 类 倍 频 转 换 效 率 的 比 较 图 4 E。= 0 8时 , = 4的 平 顶 方 波 与 . N 高 斯光 束 Ⅱ 类 倍频 转换 效率 的 比较 在 不 同基 波 场 强 下 随 晶 体 长 度 的 变 化 规 律 : 波 功 率 越 高 , 到 最 大 转 换 效 率 所 需 的 晶 体 长 度 越 短 ; 基 达 但 不论 基 波 功 率 多 强 , 频 效 率 也 不会 超 出 由 d决 定 的 最 大 转 换 效 率 ; 倍 在相 同 条 件 下 , 顶 方 波 达 到 最 平 大 转 换 效 率 时 所 需 的 晶 体 长度 比 高 斯 光 束 的 短 , 其 最 大 转换 效 率 高 于 高 斯 光 束 . 6为 基 波 场 强 及 晶 且 图 体 长 度 一 定 时 ( 。一 0 5 E . MY/ m , 一 1 m) 平 顶 方 波 和 高 斯 光 束 的 Ⅱ 类 倍 频 转 换 效 率 随 基 波 偏 振 a r a r , 维普资讯 44 7 河北 师 范大 学学 报 ( 然科学 版 ) 自 第 2 6卷 分 量 比 d的变 化 规 律 . 图 6可知 , 频效 率 随 d先增 而 后 降 , 换 效 率 最 大 时 的 d的取 值 与倍 频 晶 体 性 由 倍 转 质 有关 , 基 波 形 式 无关 ; 当 d一 定 时 , 顶 方 波 的倍 频 效 率 高 于 高 斯 光 束 . 与 但 平 .、 06 . 聚 dⅡ o2 . O l 2 3 4 5 6 晶 体长 度/ m m 图 5 d 一 1 4时 , . Ⅳ 4的 平 顶 方 波 与 图6 一 1mm , E。一 0 5 , E6时 平 顶 方 波 和 高 斯 光 束 高 斯 光 束 在 不 同 基 波 场 强 下I类 倍 频 效 率 的 比 较 I 瓣 磐 一 一 在 C B 晶 体 上 的 I 类 倍 频 效 率 随 d 的 变 化 关 系 L O 2 结 论 用 平 顶 高 斯 光 束 直 接 倍 频 非 线 性 晶体 , 以得 到 比高 斯 光 束 转 换 效 率 高 的 倍 频 光 ; 且 在 相 同的 基 可 而 波 功 率 下 , 可 以 缩 短 所 需 晶 体 长 度 , 低 了对 大 尺 寸 晶 体 的 苛 求 . 还 降 因此 用 它 代 替 高 斯 光 束 倍 频 后 再 进 行 时 空域 整形 而 得 到 更 多频 域 的 平 顶 光 束 的做 法 , 取 得 更 好 的 效 果 . 能 参考文献 : . . c GORI F atn dg u s n b a 43 lte e a si ems[] Op i o F. a J . t sC mmu ,9 ,0 :3 — 4 . c n 1 4 1 7 3 53 1 9 [ ] 罗时 荣 , 2 吕百 达 . 维 平 顶 高 斯 光 束 通 过 环 形 光 缆 的 传 输 特 性 E 3 激 光 技 术 , 0 2 2 ( ) 2 6 2 9 三 J. 2 0 ,4 4 : 5 —5 , [ ] 张 少 军 , 骝 , 延 廷 , . 顶 脉 冲 与 高 斯 脉 冲放 大 过 程 中 波 形 变 换 分 析 E1 激 光 与 红 外 , 9 9 2 ( ) 3 0 3 2 3 黄 李 等 平 J. 19 ,9 6 : 5 —5 E ] 郭 小 乐 . Q 激 光 脉 冲 的 腔 内 u l 形 E 1 光 学 学 报 ,9 ,5 9 59 8 4 调 t , ̄整 J. 1 5 1 :9 — 9 . 9 E ] 姚 建 铨 . 线 性 光 学 频 率 变 换 及 激 光 调 谐 技 术 [ ] 北 京 : 学 出 版 社 , 5 7 — 9 s 非 M . 科 19 .88. 9 A na y i f Conv r i n Ef i i nc f t e ond H a m o c l ss o e s o f c e y o he S c r ni Ge r to o a t ne a s a nd G a s i n Bc m ne a i n n Fl t e d G us i n a u sa a XU Ei n h a , W AN G M EN n b n , CH EN h o hu Ja — u Li, Ya — i S a— a ( . l g f y is He e r l ie st , b i h j z u n 0 0 1 Ch n ; 1 Co l eo e Ph sc , b i No ma Unv r i He e S ia h a g y i 5 0 6, ia 2 Co lg f ce c , b i ie st fS i n ea d Te h o o y, b i hj z u n 0 0 1 , ia . l e o i e He e Unv r i o ce c n c n lg He e S ia h a g e S n y i 5 0 8 Chn ) Abs r c : St ta t udi d t t or tc l pr e te of fa t ne G au s a b am s s c d ha m oni e he he e i a op r is lte d s in e e on r c ge r ton an a a a num e i a i ul i n t r s alCLBO has ma c ng i ype d t ne a i d m ke rc ls m aton o he c y t p e t hi n t lan ype : .T he f e t d ac or of t c ve s on f ii nc w e e e f c e f t s he on r i e fc e y r gi n ve out .C o pa e t SH Gc nve s o m r d he o r in e fce y o he fa t ne au s a am ih t a san b am de he s f ii nc n t l t e d G s i n be w t he G us i e un r t am e c ond ton a oun ii nd f d outt or e s hi er t he f m r i gh han t t o he l t e . ha f t a t r Ke y wor s: l t e ed G aus i n be m ; s c d har o c ge r ton; c nve s o f ii nc d fa t n sa a e on m ni ne a i o r i n e fc e y ( 任编辑 责 刘新喜 )

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