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1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1 研究背景

自20世纪60年代激光器的问世以后，激光技术得到了迅速的发展，各种非线性光学效应相继被发现。人们对这些非线性光学现象以及物质的非线性响应的物理原因，进行了一系列的研究与探讨，与此同时，非线性光学器件也相应得到发展，诸如：激光倍频、混频、参量振荡与放大；电光调q、偏转和q开关器件等相继出现并逐步得到了应用与推广。以上这些应用与研究，对非线性光学晶体提出了更高的物理、化学性能的要求，从而促进了非线性光学晶体材料的迅速发展。近40多年来，人们在研究与探索非线性光学晶体材料方面做了大量工作，涌现出一批性能优良的非线性光学晶体。

磷酸氧钛钾（ktiopo₄，简称ktp）晶体是目前非线性光学晶体中综合性能最好的晶体之一。ktp晶体非线性系数较大，约为kdp（磷酸二氢钾）晶体的15倍；热导率高，为bnn（铌酸钡钠）晶体2倍；而且，具有较高的抗光损光损伤阈值、稳定化学特性，不潮解，在900以下不分解、机械性能良好，晶体表面易于抛光，失配度小，适用于制作倍频器，其对1064nm的倍频效率可达约80%。该晶体可用于制作倍频、混频、电光调制、光学参量振荡和光学波导等元器件，极高的倍频转化效率和相对较低廉的价格使其在该类晶体的应用领域中一直畅销不衰，尤其是对于近红外激光倍频，ktp是最好的晶体材料。ktp晶体的晶体生长工艺目前已经比较成熟，可以生长出品质优异、光学均匀性好的晶体。

1.2 研究进展

就ktp晶体倍频产生绿光而言，早在1981年，y.s.liu利用ktp晶体获得了倍频效率达50%的绿光输出。次年，他采用ii类相位匹配的ktp晶体，在重复频率为5khz时，获得了输出平均功率为5.6w的绿光。1983年，姚建铨院士采用长度为3.7mm的ktp晶体，在重复频率为2.5khz，得到平均功率为11w的绿光。1984年，t.s.fahlen等人利用ktp晶体内腔倍频获得重复频率为20khz，平均功率为20w的绿光；1985年美国的laserscope公司生产出6～7w的ktp-532nm绿光激光器产品，主要用于替代氩离子激光器进行治疗子宫癌的手术。1985年，d.n.dovchenko等人用ktp外腔倍频，实现了ps量级的脉冲输出。在1986年的cleo会议上，k.c.liu在输出镜和倍频晶体之间加1/4波片，克服了在谐振腔中由于相位延迟引起基波通过倍频晶体时的偏振损耗，获得2.5w连续和4.5w调q脉冲的基模绿光输出。同年，t.m.baer利用gaalas激光二极管泵浦nd：yag内腔倍频获得几十mw的绿光输出，开创了全固态绿光激光器的先河。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

确定ktp晶体的材料结构、光学特性参数、几何结构、在光路中的放置情况、光轴取向、及激光能量分布的时空特征对倍频效率的影响。完成nd:yag激光的倍频实验，获取激光输出能量变化、输出功率变化、ktp晶体光轴取向变化时的非线性效率。提出腔内倍频nd:yag激光器最佳参数。

2.2 目标

分析腔内倍频nd:yag激光器最佳参数，利用ktp倍频晶体获取532nm倍频激光。倍频光功率达到mw量级,倍频效率达到10%。

2.3技术方案及措施

2.3.1 倍频转换效率

只有具有特定偏振方向的线偏振光，以某一特定角度入射晶体时，才能获得良好的倍频效果，而以其他角度入射时，则倍频效果很差，甚至完全不出倍频光。根据倍频转换效率的定义

3. 研究计划与安排

第1-3周，接受并熟悉任务，查阅参考文献，开展调查研究，撰写开题报告。

第4-8周，分析非线性倍频效率的影响因素，给出相应的定量分析方法和结果。完成倍频效率测量实验，获取倍频效率的实验结果。

第8－12周：根据倍频效率最大值的情况，给出腔内倍频nd-yag激光器的设计方案。同时，进行外文文献的翻译。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]姚震宇，162 w激光二极管抽运nd：yag腔内倍频激光器[j],中 国激 光，v32(11)，2005.11 .

[2]王旭葆, ktp晶体环形腔外腔倍频nd：yag激光光束特性的研究[j]，中 国激光，v31（10），2004.10.

[3]李大振. 固体激光频率转换技术研究[d].山东大学,2019.