自倍頻光參振盪藍光產生器之量測與分析

圖 4.4-7 自倍頻光參振盪藍光產生器實驗架構

圖4.4-7 為自倍頻光參振盪器之光路架構圖。3.2.2 小節中提到，自 倍頻光參振盪藍光產生器晶體設計於晶體溫度163.3℃時，共振信號光 869.1nm，並由其倍頻 434.6nm 的藍光，共振腔設計為凹凹腔。

輸入、輸出耦合鏡皆為 532nm 高穿透、868nm 高反射、具 50mm 曲率半徑之平凹面鏡。共振腔後設置三面濾光鏡，45°反射鏡用來濾掉 532 nm 綠光，另一面 0°入射之濾光鏡用來過濾共振之後的信號光，閒 置光因波長過長而遠超過矽功率計(Silicon Detector)的吸收響應頻譜 (Absorption Responsivity Spectrum)範圍，響應趨近於 0，故不設置濾光 鏡。腔鏡與濾光鏡之規格如表4.4-3。 Pump Laser PPCLT

λp

表4.4-3 自倍頻光參振盪藍光產生器共振腔鏡與濾光鏡規格

鏡片 型式 曲率半徑 鍍膜

IC 平凹面鏡 50mm

AR 532nm R≦0.25%

HR 868nm R≧99.5% @ 0°入射

OC 平凹面鏡 50mm

AR 532nm R≦0.25%

HR 868nm R≧99.5% @ 0°入射

LWP 平面鏡 HR 532nm R≧99.5% @ 45°入射

HT >633nm T≧85% @ 45°入射

Filter 1 平面鏡 HR 532nm R≧99.5% @ 45°入射

HT 1064nm T=90% @ 45°入射 Filter 2 平面鏡 Hot Mirror, HR >700nm@ 0°入射

相位匹配中心波長、頻寬量測與模擬

如同級聯倍頻光參振盪藍光產生器晶體以調整晶體溫度的方式調 整基頻光波長，自倍頻光參振盪藍光產生器也須先找出倍頻藍光的相 位匹配中心波長以量測其轉換效率曲線。圖4.4-8 為自倍頻光參振盪藍 光產生器倍頻藍光的轉換效率波長、溫度頻寬圖，以380mW 泵浦光泵 浦共振腔，透過調整溫度，改變基頻光波長，於晶體溫度149.5℃時量 得倍頻藍光之中心波長為435.1nm，轉換效率波長頻寬 1.3nm。由於當

圖4.4-8 自倍頻光參振盪器藍光轉換效率波長、溫度頻寬圖

初設計之晶體為163.3℃、基頻光中心波長 869.1nm 時倍頻藍光達成相 位匹配，由此看來，設計與實驗結果之關係如同級聯倍頻光參振盪藍 光產生器，有著不小的落差。

與級聯倍頻光參振盪藍光產生器比較，自倍頻光參振盪藍光產生器 的轉效效率波長頻寬小許多，為了能夠預測可能的機制，首先量測調 整溫度範圍內的平均頻寬，為1.3nm，再以如圖 4.4-3 的方式，模擬自 倍頻光參振盪藍光產生器的轉換效率頻寬，模擬結果如圖4.4-9 所示，

頻寬趨近於1.2nm，與量測結果相當接近。事實上，因倍頻光之理想轉 換效率波長頻寬遠小於光參振盪器信號光之波長頻寬，故調整光參振

圖4.4-9 調整光參振盪器晶體溫度掃描轉換效率波長頻寬模擬圖

盪器晶體溫度所掃出之倍頻光轉換效率波長頻寬接近信號光之波長頻 寬是必然的。

自倍頻光參振盪藍光產生器與級聯倍頻光參振盪藍光產生器有許 多相似之處，達成相位匹配之倍頻轉換時的信號光與閒置光之功率變 化關係自然也包括在內，如圖4.4-10 所示，晶體溫度 150℃附近，信號 光之輸出功率降至谷點，而閒置光之輸出功率則升至峰點，箇中的機 制與級聯倍頻光參振盪器相信是一樣的。

圖4.4-10 自倍頻光參振盪藍光產生器輸出信號光與閒置光對晶體溫度之關係

轉換效率之討論

由圖4.4-8 之轉換效率波長頻寬量測結果，自倍頻光參振盪藍光產 生器於晶體溫度149.5℃、信號光中心波長 870.2nm 時達到相位匹配，

輸出最高轉換效率的倍頻藍光。透過532nm 泵浦光之功率調整，可得

圖4.4-11 級聯倍頻光參振盪藍光產生器藍光轉換效率曲線

倍頻藍光之輸出閥值與對 532nm 泵浦光的轉換效率曲線，如圖 4.4-11 所示，然而，此量測結果亦需考慮各面濾光鏡之穿透率，各面濾光鏡 對435.1nm 之穿透率詳見表 4.4-4。

表4.4-4 自倍頻光參振盪藍光產生器倍頻藍光實驗濾光鏡於 435.1nm 穿透率 LWP Filter 1 Filter 2

66.95% 69.40% 84.52%

由圖4.4-11 中可知，倍頻藍紫光的泵浦光輸出閥值約為 80mW，合 峰值強度 4.4MW/cm²，在 380mW 泵浦光入射下可得 4.8%的綠藍轉換 效率，同樣地，此光參振盪器之腔鏡兩片規格相同，故理論上在共振 穩定態狀況下，輸入耦合鏡亦會有與輸出耦合鏡等量的倍頻藍紫光輸 出，故實際轉換效率理論上應是9.6%。

圖中倍頻轉換功率曲線仍為線性，更加驗證4.4.2 小節之討論，故 可以確定的是，使用光參振盪器並同時由腔內產生倍頻的方式，其倍 頻轉換功率曲線過閥值後即呈線性成長。