作者：韦bq 时间：2024-10-08
激光倍频是一种非线性光学过程，通过该过程可以使激光的频率加倍，从而波长减半。当频率为ω的基频光通过非线性晶体BBO、LBO或CLBO时，会发生二次谐波生成（SHG），产生频率为2ω的光，即倍频光。BBO和LBO晶体适用于二倍频、三倍频、四倍频；CLBO晶体适用于四倍频和五倍频。这些晶体通过波长倍频后，产生深紫外光，其中，倍频波长的计算是激光波长/几倍频，如：1030nm的五倍频波长为1030nm/5=206nm。海纳光学有代理立陶宛Optogama，EKSMA和日本Oxide的BBO晶体，LBO晶体和CLBO晶体，众多型号可选。
示例：
1064nm激光器的五倍频：使用LBO或CLBO晶体将1064nm的激光转换为213nm的深紫外光。
1030nm激光器的五倍频：同样使用LBO或CLBO晶体将1030nm的激光转换为206nm的深紫外光。
Photonics Industries的263nm激光器是通过将1053nm进行波长倍频得到，其型号是DC50-263，DC100-263和DC150-263，可用于工业，科研和医疗等领域。
下面是一些常见激光器类型及其相关的波长倍频：
1、Nd:YAG (Neodymium-doped Yttrium Aluminum Garnet) 激光器
基频波长: 1064nm
第二次谐波 (二倍频): 532nm (绿光)
有时也可以通过进一步的三次谐波或四次谐波产生355nm或266nm的紫外光。
2、Nd:YVO4 (Neodymium-doped Yttrium Vanadate) 激光器
类似于Nd:YAG激光器，同样可以产生1064nm、532nm、355nm以及266nm的波长。
3、Ti:Sapphire (Titanium Sapphire) 激光器
基频波长: 大约800nm (可调谐范围宽)，第二次谐波 (二倍频): 400nm(紫外)
4、光纤激光器
基频波长: 可能是1030nm、1064nm、1315nm或1550nm等，其中，光纤通信中常用的波长1550nm。第二次谐波 (二倍频): 分别对应515nm、532nm、657.5nm或775nm。
激光器制造商通常会提供包含这些波长选项的产品。例如，如果一个激光器的主要输出是1064nm，那么它可能会有内置的非线性晶体来产生532nm的绿色激光，这种激光器可以广泛应用于科研、医疗、工业加工等领域。
一倍频，二倍频，三倍频，四倍频，五倍频的计算示例：
一倍频、二倍频、三倍频、四倍频和五倍频是指通过非线性光学过程将激光的频率增加到原来的1倍、2倍、3倍、4倍和5倍的过程。这些过程分别对应于基频光（Fundamental Frequency）、二次谐波（Second Harmonic）、三次谐波（Third Harmonic）、四次谐波（Fourth Harmonic）和五次谐波（Fifth Harmonic）的生成。
倍频波长的计算方法：
给定基频光的波长λ1，可以计算出各次谐波的波长。
1. 一倍频（基频光）
波长：λ1
频率：ω1=2pc/λ1
2. 二倍频（二次谐波）
波长：λ2=λ1/2
频率：ω2=2ω1=4pc/λ1
3. 三倍频（三次谐波）
波长：λ3=λ1/3
频率：ω3=3ω1=6pc/λ1
4. 四倍频（四次谐波）
波长：λ4=λ1/4
频率：ω4=4ω1=8pc/λ1
5. 五倍频（五次谐波）
波长：λ5=λ1/5
频率：ω5=5ω1=10pc/λ1
示例：
假设有一个1064nm波长的基频光（常见的Nd:YAG激光器的输出波长），如下，可以计算出各次谐波的波长：
1. 一倍频（基频光）
波长：λ1=1064nm
2. 二倍频（二次谐波）
波长：λ2=λ1/2=1064nm/2=532nm
3. 三倍频（三次谐波）
波长：λ3=λ1/3=1064nm/3≈355nm
4. 四倍频（四次谐波）
波长：λ4=λ1/4=1064nm/4=266nm
5. 五倍频（五次谐波）
波长：λ5=λ1/5=1064nm/5≈213nm
请注意，随着谐波次数的增加，生成更高次谐波的难度也随之增加，因为需要更高的输入光强度和更复杂的非线性光学配置。此外，相位匹配条件对于实现高效率的谐波生成至关重要。
倍频激光的应用领域：
倍频激光在多个领域都有广泛应用，以下是其中一些主要的应用领域：：
科学研究：
- 非线性光学研究：激光倍频可以用于进一步研究其他非线性光学效应，如三次谐波产生、四波混频等。
- 光谱学：在原子和分子光谱学中，倍频光可以用于激发特定的光谱线。
- 精密测量：在物理实验中，高精度的频率和波长控制对于精密测量至关重要。
医疗应用：
- 眼科手术：如激光矫正手术（LASIK）中使用的紫外激光，通常是由红外或近红外激光经过倍频产生的。
- 皮肤治疗：某些皮肤疾病可以通过特定波长的激光治疗，这些波长可以通过倍频技术获得。
工业加工：
- 微加工：激光倍频技术可以用于微细加工，如打标、切割、焊接等，特别是在需要高精度的场合。
- 表面处理：通过紫外光改善材料表面的性质，如硬度、润滑性等。
其他应用：
- 科研仪器：在各种科研仪器中作为光源，如荧光显微镜、拉曼光谱仪等。
- 安全检查：用于安检设备中，如爆炸物探测器。
通过激光倍频技术，可以将一个较长波长的激光转化为较短波长的激光，这在很多情况下都是必需的，因为不同的应用需要不同波长的光。例如，许多化学物质对特定波长的光有特别强的吸收，因此使用这些波长的光可以提高检测的灵敏度和特异性。随着技术的进步，未来可能会出现更多创新的应用场景。
