本申请公开了一种碘酸钒钠晶体倍频器件的制备方法及其应用。本申请提供了NaVO2(IO3)2(H2O)晶体的折射率及其色散方程，NaVO2(IO3)2(H2O)晶体实现不同波长激光倍频的I类和II类相位匹配方向，以及NaVO2(IO3)2(H2O)晶体按照相位匹配方向切割加工而成的激光倍频器件。能够实现激光倍频功能，将近红外波段激光转换为可见波段激光，且能实现相位匹配，可以有效的实现1064nm激光光源的倍频转换，产生532nm的激光输出，可以替代目前的商业化应用BBO、LBO、CLBO、KDP、KTP倍频器件。在激光技术领域具有很好的实际应用价值。好的实际应用价值。好的实际应用价值。
【技术实现步骤摘要】
一种碘酸钒钠晶体倍频器件的制备方法和应用
[0001]本申请涉及一种碘酸钒钠晶体倍频器件的制备方法和应用，属于激光和非线性光学
技术介绍
[0002]基于非线性光学晶体制备的能够实现激光倍频转换功能的光学器件，称为激光倍频器件。利用激光倍频器件，可以将成熟的固体激光器的近红外波段的激光光源向可见和紫外波段方向扩展，极大的拓宽激光光源的波长范围，满足不同实际应用的需求。因此，倍频器件已成为先进激光技术的重要核心器件。
[0003]目前，应用于在近红外
‑
可见
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紫外波段的商业化的激光倍频器件主要有β
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BaB2O4(BBO)、LiB3O5(LBO)、CsLiB6O
10
(CLBO)、KH2PO4(KDP)、KTiOPO4(KTP)等无机硼酸盐和磷酸盐晶体器件。然而，这些晶体都各自存在一定的不足之处，如BBO晶体的走离角较大、LBO和KDP倍频效应较弱、CLBO晶体容易潮解、KTP晶体容易形成灰迹效应等。因此，开发基于新型晶体材料的激光倍频器件具有重要实际应用价值。
[0004]碘酸钒钠晶体是2010年报道的一例具有非中心对称结构的新型碘酸盐化合物，其分子式为NaVO2(IO3)2(H2O)，结晶于单斜空间群P21，具有非常强非线性光学效应，其测定的粉末倍频效应为磷酸二氢钾(KDP)的20倍，是极具应用前景的新型非线性光学晶体材料(中国专利技术专利ZL200910112278.7和期刊论文Chemistry of Materials,2010,22,1545
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1550)。随后，大尺寸碘酸钒钠晶体的生长工艺取得显著进展，采用水热釜能够成功生长获得大尺寸高质量的碘酸钒钠晶体，晶体尺寸超过两厘米(中国专利技术专利ZL201110350974.9)。然而，基于碘酸钒钠晶体的倍频器件，至今未见报道。
技术实现思路
[0005]本专利技术致力于碘酸钒钠晶体倍频器件的研制，测定了碘酸钒钠晶体的折射率，并基于折射率数据计算得到了不同波长激光实现倍频转换的相位匹配方向，确定了碘酸钒钠晶体倍频器件切割加工的方法，进而制备了碘酸钒钠晶体倍频器件，成功实现了激光倍频转换。
[0006]根据本申请的一个方面，提供了一种碘酸钒钠晶体倍频器件的制备方法，该方法提供了关键的折射率数据，进而可以计算得到实现有效倍频过程的相位匹配方向。
[0007]一种碘酸钒钠晶体倍频器件的制备方法，包括以下步骤：
[0008]S1、测定碘酸钒钠晶体的主轴折射率，确定碘酸钒钠晶体的光学坐标系与结晶学坐标系的相对取向，以及拟合得到折射率色散方程；
[0009]波长为0.473μm、0.532μm、0.6328μm、1.064μm和1.338μm时的主折射率为：
[0010][0011]其中，n
x
、n
y
、n
z
分别为的三个主轴折射率，λ为波长，为折射率主轴z轴与结晶学c轴的夹角；
[0012]碘酸钒钠晶体的光学坐标系(x,y,z)与结晶学坐标系(a,b,c)的相对取向为：x轴平行于b轴，y轴和z轴位于结晶学(010)平面内，z轴与c轴的夹角对应于波长为0.473μm、0.532μm、0.6328μm、1.064μm和1.338μm时分别为3.17
°
、2.80
°
、2.51
°
、2.47
°
、2.11
°
；
[0013]折射率色散方程为：
[0014][0015][0016][0017]其中，λ为波长，单位为μm；
[0018]S2、根据步骤S1数据，计算得到碘酸钒钠晶体I型和II型相位匹配曲线，确定相位匹配方向；
[0019]S3、按照相位匹配方向对碘酸钒钠晶体进行切割以及抛光加工，制成碘酸钒钠晶体倍频器件。
[0020]可选地，步骤S1中，用测得的主轴折射率实验值，按照Sellmeier方程进行最小二乘法拟合，得到Sellmeier系数，确定碘酸钒钠晶体的折射率色散方程。
[0021]可选地，步骤S1中，将碘酸钒钠晶体切割加工成直角三棱柱状Littrow棱镜，采用自准直法进行主轴折射率测试。
[0022]可选地，将碘酸钒钠晶体切割加工成两块直角三棱柱状Littrow棱镜，棱镜1和棱镜2的直角背光面分别平行于结晶学(100)和(010)晶面，斜面和背光面经过抛光，背光面进一步镀金反光膜；采用棱镜1测试得到偏正平行于b轴和c轴的两个折射率，采用棱镜2测试得到偏振垂直于b轴的两个折射率。
[0023]可选地，步骤S2中，包括：
[0024]S21、根据S1的折射率色散方程，计算得到基频光和倍频光的各自的三个主折射率n
1x
、n
1y
,n
1z
和n
2x
、n
2y
,n
2z
；
[0025]S22、将基频光和倍频光主折射率代入碘酸钒钠晶体的折射率曲面方程中，相应得到基频光和倍频光的折射率曲面方程，分别为：
[0026][0027][0028]其中，θ为极角，光传播方向k与z轴的夹角；为方位角，k在xy平面投影与x轴的夹角；
[0029]S23、将一组角度代入到碘酸钒钠晶体的折射率曲面方程中，得到相应的基频光和倍频光的沿着所确定的传播方向的快光和慢光的折射率和
[0030]S24、计算沿不同方向传播时，基频光和倍频光的快光和慢光的折射率，筛选出满足倍频2ω1＝ω2过程相位匹配条件的传播方向，即为相位匹配角
[0031]其中，对应不同相位匹配方式的倍频相位匹配条件分别为：
[0032]I类匹配：
[0033]II类匹配：
[0034]式中，s和f分别表示慢光和快光；
[0035]和分别为基频光的慢光和快光折射率；
[0036]和分别为倍频光的慢光和快光折射率；
[0037]S25、所有满足相位匹配条件的相位匹配角构成相位匹配曲线；
[0038]S26、基于S21
‑
S25的思路，进行计算得到不同波长倍频转换过程的相位匹配曲线。
[0039]碘酸钒钠晶体属于双轴晶体，其折射率可以采用折射率曲面进行描述(具体参考书籍文献《激光频率的转换与扩展
‑
实用非线性光学技术》，李港著，科学出版社)。双轴晶体的折射率曲面为双壳层曲面，即沿一个传播方向，相应的存在两个传播模的折射率，称为快光n
f
和慢光n
s
(s和f分别表示慢光和快光)。基于S21
‑
S25的思路，为了计算方便，可以编辑程序运用计算机进行计算。
[0040]可选地，步骤S2中，包括：
[0041]S2A、基于波长为1.064μm和0.532μm时的折射率数据，得到相应的折射本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种碘酸钒钠晶体倍频器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、测定碘酸钒钠晶体的主轴折射率，确定碘酸钒钠晶体的光学坐标系与结晶学坐标系的相对取向，以及拟合得到折射率色散方程；波长为0.473μm、0.532μm、0.6328μm、1.064μm和1.338μm时的主折射率为：其中，n
x
、n
y
、n
z
分别为的三个主轴折射率，λ为波长，为折射率主轴z轴与结晶学c轴的夹角；碘酸钒钠晶体的光学坐标系(x,y,z)与结晶学坐标系(a,b,c)的相对取向为：x轴平行于b轴，y轴和z轴位于结晶学(010)平面内，z轴与c轴的夹角对应于波长为0.473μm、0.532μm、0.6328μm、1.064μm和1.338μm时分别为3.17
°
、2.80
°
、2.51
°
、2.47
°
、2.11
°
；折射率色散方程为：折射率色散方程为：折射率色散方程为：其中，λ为波长，单位为μm；S2、根据步骤S1数据，计算得到碘酸钒钠晶体I型和II型相位匹配曲线，确定相位匹配方向；S3、按照相位匹配方向对碘酸钒钠晶体进行切割以及抛光加工，制成碘酸钒钠晶体倍频器件。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，利用测得的主轴折射率实验值，按照Sellmeier方程进行最小二乘法拟合，得到Sellmeier系数，确定碘酸钒钠晶体的折射率色散方程。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，将碘酸钒钠晶体切割加工成直角三棱柱状Littrow棱镜，采用自准直法进行主轴折射率测试。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，包括：S21、根据S1的折射率色散方程，计算得到基频光和倍频光的各自的三个主折射率n
1x
、n
1y
,n
1z
和n
2x
、n
2y
,n
2z
；S22、将基频光和倍频光主折射率代入碘酸钒钠晶体的折射率曲面方程中，相应得到基频光和倍频光的折射率曲面方程，分别为：
其中，θ为极角，光传播方向k与z轴的夹角；为方位角，k在xy平面投影与x轴的夹角；S23、将一组角度代入到碘酸钒钠晶体的折射率曲面方程中，得到相应的基频光和倍频光的沿着所确定的传播方向的快光和慢光的折射率和S24、计算沿不同方向传播时，基频光和倍频光的快光和慢光的折射率，筛选出满足倍频2ω1＝ω2过程相位匹配条件的传播方向，即为相位匹配角其中，对应不同相位匹配方式的倍频相位匹配条件分别为：I类匹配：(s+s
→
f)II类匹配：(...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐翔，
申请(专利权)人：福建工程学院，
类型：发明
国别省市：
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