真空紫外氟化物晶體BaMgF4的非線性光學(xué)性質(zhì)研究.pdf

1、目前,社會上對紫外激光尤其是對真空紫外激光的需求是越來越大,(紫外光是指波長200—400納米,真空紫外光是指波長100—200納米),原因是由于它在高分辨率光譜學(xué)、微納加工、紫外光刻和醫(yī)藥合成等領(lǐng)域都有非常大的潛在應(yīng)用。和傳統(tǒng)的準(zhǔn)分子激光器相比,利用非線性光學(xué)晶體進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換的紫外或者是真空紫外全固態(tài)激光器呈現(xiàn)出了極大的優(yōu)勢。它簡單穩(wěn)定、帶寬窄、光束質(zhì)量高,且可以在紫外和真空紫外連續(xù)可調(diào),因此尋找一種適合的能夠輸出真空紫外相干輻射的非

2、線性光學(xué)晶體成了全世界科學(xué)家們關(guān)注和研究的熱點。而近來BaMgF4晶體被認(rèn)為是最具應(yīng)用潛力的候選者之一,因為它具有極短的紫外截止波長(125nm),且可以用于準(zhǔn)位相匹配(QPM),因此可通過QPM的方法來實現(xiàn)真空紫外頻率轉(zhuǎn)換。介于此,本文對BaMgF4晶體的非線性光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。
　　第一,我們對BaMgF4晶體的二階非線性光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了研究。采用Maker條紋的方法測量了其二階非線性系數(shù)三個獨立非零張量元的大小,分別為

3、d31=0.15pm/V、d32=0.36pm/V和d33=0.12pm/V。以此為基礎(chǔ),我們對BaMgF4晶體的倍頻與和頻特性進(jìn)行了數(shù)值模擬和計算。根據(jù)能量與動量守恒關(guān)系,推導(dǎo)了I類和II類匹配方式下,其相位匹配角以及有效非線性系數(shù)的關(guān)系曲線,并最后得到了其最佳位相匹配角。另外,在實驗上采用Nb:YAG激光在BaMgF4晶體中進(jìn)行了I類倍頻與和頻實驗,倍頻得到了最大轉(zhuǎn)換效率為1.4％的532nm諧波的輸出。通過和頻實驗觀測到了非常微小

4、的355nm的諧波信號,這是我們所知道的目前世界上利用BaMgF4晶體通過頻率轉(zhuǎn)換的方法得到的輸出波長最短的諧波信號。
　　第二,我們研究了BaMgF4晶體的三階非線性光學(xué)性質(zhì)。用Z-scan的方法測量了其在400nm波長光下的非線性吸收以及非線性折射率系數(shù)。把Ti:Sapphire激光器輸出的800nm光經(jīng)BBO倍頻后得到的400nm光作為激光光源,分別測量了BaMgF4晶體沿著三個晶軸偏振下的非線性吸收及折射率系數(shù),發(fā)現(xiàn)其都具