Estudio sobre la eficiencia y la resistencia a la temperatura del cristal PPLN chirriado en un experimento de duplicación de frecuencia de 1064 nm - 03

2. Análisis teórico

2.2 Diseño de estructura cristalina CPPLN

Para lograr una mayor robustez a la temperatura y una mayor eficiencia de duplicación de frecuencia en el mismo cristal CPPLN, diseñamos la estructura cristalina de CPPLN. En la Figura 1 se muestra el diagrama esquemático de CPPLN para duplicar la frecuencia de 1064 nm a 532 nm. El haz incidente con frecuencia fundamental está configurado para ser luz electrónica, es decir, su dirección de polarización es horizontal. Al mismo tiempo, el haz de salida también está configurado para ser e-light. Esta configuración nos permite utilizar la dirección con el mayor coeficiente no lineal de segundo orden en el cristal CPPLN (d₃₃=27,2 pm/V).

Figura 1. Diagrama esquemático del proceso CPPLN SHG

El objetivo de este experimento es mejorar la eficiencia de generación y la estabilidad del rayo láser de 532 nm. Por lo tanto, el ancho de banda de ganancia debe seleccionarse de acuerdo con el posible rango de temperatura. Cuanto más pequeño, mejor, para garantizar que se pueda obtener una mayor eficiencia de duplicación de frecuencia. La fuente de luz de 1064 nm utilizada en este experimento es un Nd:YVO con bombeo LD de construcción propia.₄láser continuo. Primero realizamos una prueba de ancho de banda en este rayo láser de 1064 nm y descubrimos que tenía un poco menos de 1 nm. Teniendo en cuenta la necesidad de conservar un cierto margen, establecemos el ancho de banda de ganancia del cristal en 1 nm. Según la Fórmula 4, el período inicial de CPPLN se selecciona como 6,99μm, el chirrido es de 0,21 μm^-2, el número de períodos es 2104 y el ciclo de trabajo es 49,61%. Para el cristal CPPLN, su coeficiente de Fourier efectivo se puede expresar en el dominio del vector reticular recíproco como(Fórmula 5):

Para ver intuitivamente el rendimiento del CPPLN de esta estructura de diseño, utilizamosla F anteriorFórmula 5 para realizar la transformación de Fourier en la distribución deχ⁽²⁾(z) de esta estructura, y obtener el coeficiente de Fourier efectivo de la estructura CPPLN con respecto a la distribución del vector reticular recíproco (como se muestra en la Figura 2), y también poner la relación entre la temperatura y el desajuste de fase correspondiente Δken la Figura 2 para un análisis comparativo. EnFfigura2,t1 yt2 están en los dos extremos de la parte convexa de la curva del índice de refracción, correspondientes a los vectores reticulares recíprocos que pueden compensar el desajuste de fases a temperaturas de 13,84 ℃ y 27,24 ℃respectivamente. La Figura 2 muestra que el vector reticular recíproco proporcionado por el cristal CPPLN de esta estructura puede compensar el desajuste de fase en el rango de 13,84 ℃ a 27,24 ℃, es decir, dentro de este rango de temperatura, la salida de luz duplicada en frecuencia por el CPPLN mantenerse siempre a un alto nivel.

Figura 2. Vector reticular recíproco/desajuste de fases (µmetro^-1)

DeFFórmula 1, podemos saber que la razón principal de las diferentes eficiencias de duplicación de frecuencia de los cristales de duplicación de frecuencia fabricadosdediferentes materiales es la diferencia en el índice de refracciónparaelluz fundamental yelfrecuencia que duplica la luz y la diferencia en el coeficiente no lineal efectivo del propio cristal. Según la ecuación de Sellmeier, podemos calcular el índice de refracción de la luz de 1064 nm y 532 nm en el cristal CPPLN y el cristal LBO respectivamente comonorte_1,CPPLN=2.1483,norte_2,CPPLN=2.2246,norte_1,LBO=1.6053,norte_2,LBO=1.6054. Según la Figura 2, utilizando la relaciónd_eff,CPPLN=χ⁽²⁾(GRAMO_metro)*d₃₃, podemos obtener el coeficiente no lineal efectivo del CPPLN diseñado en condiciones de coincidencia de casi fases comod_eff,CPPLN=18.46 h/V. El coeficiente no lineal efectivo de LBO se puede calcular mediante el software SNLO comod_{eff, LBO}=0.83pm/V. Los cálculos muestran que, en condiciones ideales, la eficiencia de duplicación de frecuencia de CPPLN será significativamente mayor que la de LBO, alcanzando 24,47 veces la de LBO.