KTP晶体的周期极化特性研究

【摘要】： 本课题来源于国家自然科学基金资助项目。论文对准相位匹配技术的基本原理进行了理论分析,同时对磷酸氧钛钾(KTP)晶体的周期极化特性及极化反转实验进行了详细的描述和分析。 准相位匹配技术是一种人为地在晶体上制备周期结构,使之满足相位匹配条件,从而实现非线性频率变换的技术。KTP晶体具有良好的电光、压电、热电和非线性光学特性,尤其它的矫顽场电压是铌酸锂晶体的十分之一,因此在准相位匹配技术领域得到广泛的应用。 KTP晶体具有很高的电导率,给利用外加电场法进行周期极化反转带来困难。我们利用铷交换法降低KTP晶体表面的电导率,对其进行极化反转,利用晶体的电光效应对KTP晶体极化反转过程进行实时监控。本文的主要工作如下: 1、从麦克斯韦方程组及非线性极化的原理出发,推导了介质中三波互作用的耦合波方程,得到准相位匹配倍频转换效率的计算公式。 2、描述了铁电体的主要概念,包括自发极化强度,热电效应,压电效应等等,分析了铁电体内极化反转的详细过程,并从热动力学的角度进行了讨论。 3、分析了KTP晶体的介电特性、光学特性和光损伤特性等主要性质。 4、采用金属电极和液体电极两种实验方案,利用外加电场方法对KTP晶体进行了极化反转实验。 5、对基于KTP晶体电光效应的实时监控方案进行了理论分析,并对KTP晶体的极化反转过程进行了实时监控,得到了与理论分析吻合的实验结果。 6、分析了用于周期极化KTP(PPKTP)倍频的对称共焦腔和三镜折叠腔,并对优化条件进行了讨论,利用自制的PPKTP晶体进行了1064nm基频光的倍频实验,单通倍频转换效率为1.13%,目前国内未见同类报道。