论文基于PPKTP晶体飞秒激光倍频实验是关于对写作飞秒激光论文范文与课题研究的大学硕士、相关本科毕业论文飞秒激光手术的费用论文开题报告范文和相关文献综述及职称论文参考文献资料下载有帮助。
摘 要 利用PPKTP晶体进行了中心波长为780 nm、重复频率为250 MHz、脉宽为100 fs、谱宽为15 nm的飞秒激光倍频实验研究.在最佳匹配温度条件下,得到了功率约为23 mW、中心波长为390 nm、谱宽为0.6 nm的紫外倍频光,倍频转换效率为13.9%.该脉冲激光具有模式极优、线宽很窄等特点,是一种很有价值的紫外激光光源.
关键词 PPKTP晶体；飞秒激光；倍频
中图分类号 O437文献标识码 A文章编号 10002537（2014）03005805
“量子纠缠”被称为“量子力学的精髓”[1],它“反映了量子力学的本质——相干性、或然性和空间非定域性”[2],这些性质深刻影响着人们对物理世界的认知和理解,同时也为人们探索物理世界提供了全新的方法、手段和资源.在量子计算和量子通信等领域,量子纠缠已经得到了广泛应用[34],而这些应用得益于人们不断制备出新型高效率的量子纠缠源.在多光子纠缠研究领域,研究者常利用780 nm的飞秒激光脉冲经过LBO等非线性晶体,倍频产生390 nm激光脉冲,再利用参量下转换过程产生纠缠光子对[5]和多光子纠缠态[6].但是,LBO晶体二阶非线性系数较低,需要较高的基频激光能量,而且制备的390 nm激光模式较差.作者在本研究中,利用单脉冲能量仅为0.66 nJ、功率165 mW的 780 nm飞秒激光,倍频得到单脉冲能量0.09 nJ、功率23 mW的390 nm的紫外脉冲激光,转换效率为 13.9%,且激光模式极优、线宽很窄.这为利用PPKTP等新型高效率的非线性晶体,研制低功耗、小体积、高效率的新型多光子纠缠源,提供了一种有价值的紫外激光光源.
1 周期极化晶体倍频的理论
2 倍频实验装置
采用准相位匹配技术实现飞秒激光脉冲PPKTP晶体倍频实验.实验中,使用Menlosystem公司MFiber A 780的飞秒激光作为基频光,输出激光的中心波长为780 nm、脉宽为100 fs、重复频率为250 MHz、功率为165 mW、脉冲的峰值能量为0.66 nJ.该激光光束为高斯型光束,M2因子为1.02.用光束分析仪测量得到的光束亮斑（如图1所示）,光束直径约为1 mm.用高分辨率光谱仪测量得到了激光脉冲的光谱图（如图2所示）,频谱宽约为15 nm.
图1 基频光光斑
Fig.1 The light spot of fundamental frequency light
图2 基频光光谱
Fig.2 The spectrum of fundamental frequency light
利用PPKTP晶体进行飞秒激光脉冲倍频实验的装置如图3所示.基频光从激光器出射,经两个反射镜M（780 nm反射镜）准直,通过聚焦透镜L耦合到I型PPKTP晶体中.基频光的偏振方向为竖直方向（Vertical）,和PPKTP晶体的本征偏振方向（Vertical）相同,保证了倍频实验的最优实现.PPKTP晶体的尺寸为10 mm×2 mm×1 mm（长×宽×高）,极化周期为2.95 μm,两端面均镀有780 nm和390 nm激光增透膜.将PPKTP晶体置于晶体温控炉中,温控炉被固定在三维平移台上.温控炉的温度调节范围为25 ℃到200 ℃,精度为0.1 ℃.选择合适的聚焦透镜L,并精确调节PPKTP晶体的位置,使光束束腰位于晶体中心.
图3 实验装置图
Fig.3 Experimantal setup
光束经PPKTP晶体,获得390 nm倍频紫外光（但其中混杂780 nm基频光及其他杂散光）.随后,光束经过6个光学器件,包括4个45°双色分光镜（M1、M2、M5、M6）和2个滤波片（M3、M4）,其中M1、M2、M5、M6为高反390 nm（反射率99.9%）高透780 nm（透过率98%）的双色分光镜,M3为785 nm帯阻滤波片（Tavg>80% 350～400 nm；Tavg > 93% 400～742.1 nm；Tavg>93% 827.9～1 600 nm；ODabs>6 785 nm）,M4为390 nm带通滤波片（Tavg>90% 381～399 nm；ODavg>5 200～340 nm；ODavg>3.3 340～345 nm；ODavg > 3.3 423～428 nm；ODavg > 5 428～1 000 nm）.按照图3摆放PPKTP晶体后的光学器件,其一是为了较好地滤掉780 nm泵浦光及其他杂散光,得到纯净单一的390 nm倍频光；其二是为了给接下来利用Ⅱ型参量下转换过程制备量子纠缠源的实验提供方便.最后,对倍频光进行功率测量和光谱分析.
3 倍频实验过程和结果
实验中将中心波长为780 nm、频谱宽为15 nm、脉宽为100 fs、重复频率为250 MHz、输出功率为165 mW的飞秒激光脉冲作为基频光.
参考Boyd和Kleinman对倍频实验中高斯光束聚焦问题的研究[10],根据高斯光束传播规律[11],可计算得到倍频实验中聚焦在PPKTP晶体中心的光束的最佳束腰半径为22 μm. 实验中选择不同焦距的聚焦透镜,使光束束腰位于PPKTP晶体的中心位置,经PPKTP晶体倍频后,分别测量倍频光的光功率,并计算倍频效率（倍频效率等于倍频光功率/泵浦光功率×100%）,具体结果见表1.
由表1可知,用F等于50 mm的聚焦透镜比用F等于100 mm的聚焦透镜进行倍频实验得到的倍频效率要高,但用F等于50 mm的聚焦透镜进行实验时,观察到390 nm倍频光模式不断变化,且功率不断下降,倍频光如图4所示.这是光致折射效应（激光脉冲和介质相互作用时会引起介质折射率的改变）所导致的光束发散或畸变的现象.若入射激光的强度超过晶体介质的强度损伤阈值,还会引起晶体介质的结构和性质的改变,使晶体受到损害.
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参考文献：
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