PPLN晶體詳解，如何使用PPLN晶體

晶體長度

當選擇一種晶體時，晶體長度是一個重要的因素。對于窄帶連續(xù)波光源，我們的20mm到40mm的較長晶體長度將提供最好的效率。然而，對于脈沖光源，長晶體對激光帶寬和脈沖寬度敏感性增加，會具有負面效應。對于納秒脈沖，我們通常推薦10mm長度，而最短的0.5mm到1mm的長度則適用于飛秒脈沖系統(tǒng)。

極化

為了利用鈮酸鋰的最高非線性系數(shù)，輸入光應該是e偏振的，即偏振態(tài)必須與晶體偶極矩匹配。通過使光的偏振軸與晶體的厚度方向平行可實現(xiàn)這一點。這可用于所有非線性相互作用。

聚焦和光路設計

由于ppln是一種非線性材料，當晶體中光子的強度最大時，將獲得從輸入光子到產(chǎn)生光子的最高轉換效率。這通常是通過晶體的端面正入射，將聚焦的光耦合到PPLN晶體的中心來完成的。對于一種特定的激光束和晶體，存在一種最佳的光斑尺寸來實現(xiàn)最佳的轉換效率。如果光斑尺寸過小，束腰的強度就會較高，但瑞利長度比晶體短的多。因此，在晶體輸入端的光束尺寸過大，導致在整個晶體長度上平均強度降低，就會降低轉換效率。一個好的經(jīng)驗法則是對于具有高斯光束分布的連續(xù)激光，光斑尺寸應選擇在瑞利長度為晶體長度的一半時的大小。光斑尺寸可減小一定的量，直到獲得最高效率。PPLN具有高的折射率，在每個未鍍膜的面上導致14%的菲涅耳損耗。為了增加晶體的透過率，晶體的輸入和輸出端面鍍了增透膜，從而將每個面的反射降到1%以下。

溫度和周期

一個PPLN晶體的極化周期由使用的光的波長決定。準相位匹配波長可通過改變晶體的溫度來稍微調節(jié)。Covesion庫存的PPLN晶體，每個系列都包括多種不同的極化周期，這些極化周期可在給定的晶體溫度下使用不同的輸入波長。我們的計算調節(jié)曲線對相位匹配所需的溫度給出了很好的參考。轉換效率與溫度的關系符合一個sinc2函數(shù)，描述晶體溫度接受帶寬(圖5)。晶體越長，接受帶寬越窄，越敏感。在許多情況下，非線性相互作用的效率對溫度的敏感在幾個攝氏度內(nèi)。

通過將晶體加熱到比計算溫度稍高的溫度，例如高10℃，然后使晶體冷卻，同時檢測產(chǎn)生波長的輸出功率，可以確定最佳溫度。Covesion PPLN 爐子易于結合到一個光學裝置中。它能夠與Covesion的OC3溫度控制器配對，將晶體溫度保持在±0.01℃，提供非常穩(wěn)定的輸出功率。

MgO:PPLN與無摻雜的PPLN比較

無摻雜的PPLN通常在100℃到200℃之間的溫度操作，以減小光折變效應。光折變效應可損傷晶體，引起輸出光束變形。在光譜的可見光部分出現(xiàn)較高能量時，光折變效應在PPLN中是更嚴重的，僅在推薦的溫度范圍內(nèi)使用晶體是尤其重要的。在鈮酸鋰中加入5%的MgO顯著地增加晶體的光學損傷和光折變閾值，而又保留晶體高的非線性系數(shù)。MgO:PPLN具有較高的損傷閾值，適合于高功率應用。它也可在從室溫到200℃的溫度下操作，顯著地增加了晶體的波長調節(jié)能力。在某些特殊情況下，MgO:PPLN可在室溫下操作，并且不需要溫度控制。

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審核編輯：符乾江