光学倍频器 Optical frequency multipliers

2022-11-04 11:06:02 浏览:215

定义

将光转换为其他光的器件,其光学频率是原始频率的整数倍。

有各种各样的光学设备可以(部分)将光转换为其他光,其中光学频率是原始光学频率的整数倍。 这种光学倍频器(或光谐波发生器)基于一个或多个光学非线性。

术语光学倍频器不如更具体的术语倍频器、三倍频器等常见。

常用倍频器

以下类型的倍频器很常见:

  • 最简单的一种是倍频器,基于透明非线性晶体材料中的二次谐波产生,χ(2)非线性。 通过在1μm光谱区域中将红外光加倍来产生绿光是特别常见的,许多激光器都在1μm光谱区域工作。 但是,倍频器也可以在其他频谱区域实现。
  • 通过将倍频器与另一个设备相结合,以产生谐波与一些原始泵浦光的总频率,可以实现频率三倍。 通常,不同的非线性晶体用于倍增和一些频率的产生。 最常见的应用是产生紫外线,例如通过从 1064 nm波长到 355 nm 的频率三倍。
  • 频率四倍可以通过组合两个倍频器来实现。 最常见的应用是从 266-nm 的光产生 1064 nm 的紫外线。
  • 激光束的第五次谐波可以通过频率翻倍产生,随后产生总频率。

转换效率

通常,高效的光学倍频器只能使用具有足够高的光功率和光束质量的激光来操作,因为所需的非线性过程只有在足够强和相干的光下才能相当有效。 虽然单独的倍频通常可以以高转换效率(有时超过80%)完成,但高谐波的转换效率通常要低得多。

物理细节

考虑到光的粒子性质,倍频过程意味着低能量输入光子被转换为相应较少数量的高能光子。

在大多数情况下,光学倍频是用准单色光进行的。 这不仅是因为激光源在许多情况下碰巧是准单色的,还因为所使用的非线性晶体中的相位匹配通常只能在相当有限的光学频率间隔内实现。

获得光学频率的精确整数倍。

当将光学倍频应用于单色光时,人们获得的光具有原始光学频率的精确整数倍。 所涉及的过程是完全相干的,即,对于输入光的每个光周期,例如,在倍频中,获得两个光学周期。 这种效应可以在光学频率计量中利用,例如用于光学频率链。

光学器件

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