影響頻率轉換效率的因子

除了上述優化因子之外，還有一些因素會影響頻率轉換效率的因子，我們在 此簡述。

3.3.1 基頻光功率

由式(2.6)知，倍頻光的功率和基頻光的功率是呈平方正比的關係。故假如我 們可以有效的提升基頻光的輸出功率時，倍頻光的輸出功率，將可以大大的提 升。所以提升基頻光的輸出功率，也是提升轉換效率的重要方法之一。

基本上我們的想法有兩個方法，一是防止基頻光的損耗，二是提升基頻光功 率的來源。方法一的話，我們可以利用選擇腔內的雷射架構來達成，我們將基頻 光有效的留在腔內，讓增益介質產生的基頻光可以留在腔內，既使未轉換的基頻 光還是可以在腔內來回之後，再次作用在倍頻晶體上。於是，我們在共振腔和晶 體上的鍍膜便相對重要。隨著鍍膜的技術的進步，不管是破壞閥值的提升，還是 鍍膜的品質，將對我們的實驗有所幫助。

方法二的話，便和增益介質有密切的相關。所以選擇一個適合的增益介質，

就可以立即改善原有的效率了。在最近幾年裡，在做倍頻的固態雷射之中，以 Nd:YAG 和 Nd:YVO4較為常見。在我們的實驗之中，我們選擇後者當作我們的 共振腔內的增益介質。Nd:YVO4相對於Nd:YAG，它擁有較大的受激輻射截面積 [5]、較低出光閥值、較寬的吸收頻寬、對 808nm 波段吸收係數較大。雖然 Nd:YAG 的導熱性質較Nd:YVO4佳，熱效應沒有Nd:YVO4來得大，所以可以忍受較高的

激發[6][7]，所以早期在高功率激發下常被拿來使用。但為了滿足上面極化匹配 的情況下，單光軸的Nd:YVO4卻具有較好的優點，a-cut 的 Nd:YVO4可以輸出線 偏振的基頻光，可以達到極化匹配，而且在c-axis 的增益又比另外兩軸大，大約 是四倍左右；而Nd:YAG 輸出的基頻光無偏振方向，會產生熱效應的雙折射現 象，造成極化退化，因而降低雷射功率。所以我們選擇 Nd:YVO4為我們的增益 介質，以適合我們單一激發源的方式。

3.3.2 晶體長度

由式(2.6)可知，在相位不匹配的情況下，倍頻光的轉換效率，和晶體的長 度L 有振盪現象。若晶體太長，光束會隨著傳播距離而發散，使得轉換效率降低，

光束品質也會下降。形成所謂的Maker-fringes，如圖(2.2)所示。在相位不匹配的 情況之下，光的轉換效率，會隨著晶體的作用長度變長而變高，且會振幅減弱的 現象。

3.3.3 晶體溫度

當光入射至非線性晶體內部時，熱也隨之產生，晶體本身的溫度也會變化，

晶體本身的折射率及晶體的長度也會受到影響而改變，而使得相位匹配的程度改 變，使得轉換效率有所不確定。所以穩定而正確的晶體溫度，才可確保良好的轉 換效率及較佳的輸出品質。

3.3.4 非線性係數

由式(2.6)我們可以直接看出來，有效非線性係數愈大，轉換效率越佳。有較 高的非線性係數的非線性晶體，是很適合應用在非線性頻率轉換的技術裡。但在 一般情況之下，我們還需要考慮晶體的破壞閥值、光學品質、角度、以及溫度的 可接受範圍。雖然可以利用增加晶體的長度來提升非線性係的功用，但考慮又是 另一方面的問題了，所以選擇適當的非線性晶體便成一門很大的學問。

loss

圖3.3 晶體內溫差和基頻光偏振方向的關係圖。θ :基頻光的偏振方向，

φ

圖3.4 KTP e-axis 的角度為 15 度結果圖。

圖3.5 KTP e-axis 的角度為 45 度結果圖。振盪較 1 度時大。

基頻光功率 峰值功率 倍頻光功率

CW

Laser

較強 無脈衝輸出 較弱

Q-switch Laser

較弱 極高 較強

表3.1 CW 雷射和 Q-switch 雷射的簡單比較。