大庆师范学院本科毕业论文（设计）
第三章 LBO晶体的介绍
3.1 LBO晶体的基本性质
LBO晶体是一种非线性光学晶体，其性能极佳，是由中国科学院物质结构研究所研究发明。该专利在1999年已获国家知识产权局和世界知识产权组织颁发的中国发明专利金奖。LBO晶体是一种斜方晶体，其点群为mm2，由连续的网状B3O7分子群构成，在分子间隙中存在大量的锂离子，这些B3O7基团互相联结，沿C轴方向形成螺旋结构体，每个螺旋结构体又经过硼氧桥键相互连接，组成了整个晶体。B3O7基团的这种紧凑的结构使得LBO晶体的抗激光损伤能力得到了很大提高，在常用无机非线性光学晶体中是最高的。表3-1是LBO晶体的一些物理和化学特性。
表3-1 LBO的物理性质和化学性质
晶体结构 晶格参数 熔点
莫氏（Mohs）硬度
密度 热膨胀系数 吸收系数
LBO属负双轴晶体，主轴X，Y，Z（nz> ny >nx）分别与结晶轴a，c，b平行。
空间群Pna21，点群mm2，正交晶系 a=8.4473A，b=7.3788A，c=5.1395A，Z=2
约834℃
6 2.47g/cm3
aX=10.8×10-5/K，aY=－8.8×10-5/K，
aZ=3.4×10-5/K ＜0.1%/cm at 1064nm
表3-2列出了LBO晶体在不同波长下的主轴折射率。折射率与波长的函数关系可用塞米尔（Selleimer）方程式表示如下（?:?m）：
2nx?2.454140?0.011249?0.014591?2?6.60?10?5?4 (3-1) 2??0.011350
2ny?2.539070?0.0127112?44?0.018540??2.00?10? (3-2) 2??0.0125233
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2nz?2.586179?0.013099?0.017968?2?2.26?10?4?4 (3-3) 2??0.011893
表3-2 LBO晶体在一些波长下的主折射率
波长（nm）
1064 532 355
nX 1.5656 1.5785 1.5973
nY 1.5905 1.6065 1.6286
nZ 1.6055 1.6212 1.6444
3.2 LBO晶体的相位匹配性质
LBO晶体对Nd:YAG激光的SHG过程的相位匹配性质见表3-3所列。
表3-3LBO晶体的相位匹配性质
I型相位匹配
相位匹配角（?） 10.7°（xy平面对a轴） 接收角 ???9mrad.cm
???57mrad.cm
离散角 0.43° 温度带宽 9℃.cm
II型相位匹配
19.7°（yz平面，对b轴）
???24mrad.cm
???82mrad.cm
0.22°
对于Nd：YAG激光的二次谐波发生（SHG）和三次谐波发生（THG），利用大的接受角和小的离散角的相互作用，可实现I型和II型相位匹配。LBO晶体的有效SHG系数为KDP晶体的3倍，晶体沿着a轴，在相位匹配温度Tpm=112℃时`，可实现非临界相位匹配。
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3.3 LBO晶体的损伤阈值和倍频转换效率
LBO晶体具有较高的激光损伤阈值，表3-4列出了LBO晶体与其他非线性光学晶体的阈值相比情况：
表3-4 1053nm光损伤阈值晶体能量密度（J/cm2）及功率密度（GW/cm2）比率
晶体 KTP KDP BBO LBO 能量密度（J/cm2）
6.0 10.9 12.9 24.6 功率密度
4.6 8.4 9.9 18.9 比值 1 1.83 2.15 4.10 测试条件：??1.053?m，脉宽=1.3ns。
倍频转换效率（?）：用锁模Nd:YAG激光器可测定LBO晶体对1.064?m脉冲激光的倍频转换效率，所用样品的通光长度L=11mm，样品的两个通光面都抛光，但没有镀膜，在功率密度为350MW/cm2的条件下，所得到的倍频转换效率（?）可以达到60%。
3.4 LBO晶体的主要用途
由于LBO晶体具有较宽的透光波段，较高的光学均匀性，较大的有效SHG系数和角度带宽，以及较小的离散角，较高的激光损伤阈值和良好的物化性质等，因此，它被广泛的应用在高平均功率的SHG，FOHG，THG和其他和频、差频等领域。同时，LBO晶体在参量震荡、参量放大、光波导和电光效应等方面也具有广泛的应用前景[5]。
LBO晶体在二倍频方面的应用有: 1.医用与工业用途的Nd：YAG激光
2.科研与军事用途的高功率Nd：YAG与Nd：YLF激光 3.Nd：YVO4，Nd：YAG和Nd：YLF激光的泵浦
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4.红宝石，Ti：Sappire与Cr：LiSAF激光 LBO晶体在三倍频方面的应用有: 1. Nd:YAG与Nd:YLF激光
2. 光学参量放大器（OPA)与光学参量振荡器（OPO) 3. 高功率1340nm的Nd:YAP激光的二，三倍频
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第四章 非线性固体激光器的发展及应用
4.1 非线性固体激光器的发展历程
60年代初，红宝石（1960年）、钕玻璃（1961年）和Nd：YAG（1964年）激光器在这段时期相聚研制成功。固体激光元器件和参量振荡、放大、调Q、选模和锁模等技术和应用都得到了迅速发展。
70年代中期，气体激光器和染料激光器的发展较为迅速，相比之下，固体激光器的发展过程显得较为缓慢。但是这一时期在新固体激光材料的开发、单元技术研究和应用开拓等方面，仍然取得了不少有意义的成果。
到了80年代初，固体激光器进入了一个新的发展时期，这段时期被人们称作固体激光器的“复苏”。应用广泛的激光器主要有高功率固体激光器、可调谐固体激光器和高效率固体激光器，特别是二极管泵浦固体激光器使用的最为广泛，发展较为迅速，成为这一时期的主要标志。
进入90年代后，固体激光器仍然保持了持续发展的状态，并不断的开创其重要的应用领域。其中，最为引人注目的是以高功率固体激光器和二极管泵浦固体激光器及其应用研发的新进展。被称作具有“里程碑”意义的事件之一是美国劳伦兹—利弗莫尔国家实验室在1992年研发成功的千瓦级高功率二极管泵浦Nd：YAG激光仪，其体积只有葡萄柚一样大。另外一个事件是在1994年美国能源开发部宣布批准实施的“国家点火设施”（National Ignition Facility，简称NIF）计划，并且在劳伦兹—利弗莫尔国家实验室建成的单束元装置（Beamlet）上对NIF将使用的关键技术和元器件性能进行了全面考核。在21世纪初期建成的NIF是一个集多种当代先进固体激光技术的巨型高能量（1.8MJ）、高功率（500TW）、192束的闪光灯泵浦钕玻璃固体激光装置，它将用于核聚变反应，实现点火。
迄今为止，固体激光工作物质大概有数百种之多已经实现了激光振荡的固体激光工作物质，激光谱线在上千条左右。固体激光器的特点包括输出能量较大、峰值功率较高、器件结构紧凑、方便光纤耦合、优于CO2气体激光器波长 [6]。
4.2 非线性固体激光器的应用
利用光波倍频和混频的现象，我们可以利用现有技术上比较成熟、输出功率较高的一些激光器，制造出我们所需要的各种波长的相干光[10]。例如，将光波作三次
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