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光学倍频

媒质在基频光波电场作用下产生的二阶非线性极化

光学倍频是媒质在基频光波电场作用下产生的二阶非线性极化，被广泛使用到激光技术中。

简介
这是一种常见而重要的二阶非线性光学效应。激光出现后的1961年，P.A.弗兰肯等人首次利用石英晶体将红宝石激光器发出的波长为 694.3纳米的激光转变成波长为347.15纳米的倍频激光，从而开始了非线性光学的主要历史阶段。
来源
光学倍频来源于媒质在基频光波电场作用下产生的二阶非线性极化，即极化强度中与光波电场二次方成比例的部分这一部分极化强度相当于存在一种频率为2的振荡电偶极矩。基频光波在媒质中传播的同时激励起一系列这样的振荡电偶极矩。它们在空间中的分布就好比一个按一定规则排列的偶极矩阵列，偶极矩之间有一定的相对位相。由于阵列中每个电偶极矩都要辐射频率为2的光波, 故偶极矩阵列的辐射应是这些光波互相干涉的结果。无疑，只当干涉是相互加强时才会有效地产生倍频光输出为此，阵列中各振荡电偶极矩间要保持恰当的位相关系 ，从此便产生了所谓位相匹配条件k(2)=2k,它是产生光学倍频的重要条件,其中k和k(2)分别为基频和倍频光在媒质中的波矢 当这两个光波沿同一方向传播时，此条件转化为要求媒质中倍频光的折射率(2)等于基频光的折射率。
通常利用晶体本身的双折射性质来实现位相匹配。例如，对于负单轴晶体，在正常色散情况下，可选择光的偏振方向使基频光为寻常光，倍频光为非常光，再通过恰当选取光波传播方向与晶轴的夹角来实现位相匹配。
当满足位相匹配条件时，倍频光功率密度正比于基频光功率密度的二次方，也正比于晶体作用长度的二次方。此外还与媒质的倍频系数（二阶非线性极化率）二次方成正比。
应用
光学倍频可将红外激光转变为可见激光，或将可见激光转变为波长更短的激光，从而扩展激光谱线覆盖的范围。在激光技术中已被广泛采用。为得到波长更短的激光可用多级倍频。
目前已有许多种倍频晶体，且可达到相当高的倍频转换效率。对于可见及近红外的基频光，常用的倍频晶体有 KDP、KDPADP、LiIO、CDA等等, 转换效率可高达30%～50%。对于中红外基频光,常用晶体为AgAsS、GdGeAs、Te、CdSe等，转换效率为5%～15%左右。
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