PPLN晶体详解，如何使用PPLN晶体

晶体长度

当选择一种晶体时，晶体长度是一个重要的因素。对于窄带连续波光源，我们的20mm到40mm的较长晶体长度将提供最好的效率。然而，对于脉冲光源，长晶体对激光带宽和脉冲宽度敏感性增加，会具有负面效应。对于纳秒脉冲，我们通常推荐10mm长度，而最短的0.5mm到1mm的长度则适用于飞秒脉冲系统。

极化

为了利用铌酸锂的最高非线性系数，输入光应该是e偏振的，即偏振态必须与晶体偶极矩匹配。通过使光的偏振轴与晶体的厚度方向平行可实现这一点。这可用于所有非线性相互作用。

聚焦和光路设计

由于ppln是一种非线性材料，当晶体中光子的强度最大时，将获得从输入光子到产生光子的最高转换效率。这通常是通过晶体的端面正入射，将聚焦的光耦合到PPLN晶体的中心来完成的。对于一种特定的激光束和晶体，存在一种最佳的光斑尺寸来实现最佳的转换效率。如果光斑尺寸过小，束腰的强度就会较高，但瑞利长度比晶体短的多。因此，在晶体输入端的光束尺寸过大，导致在整个晶体长度上平均强度降低，就会降低转换效率。一个好的经验法则是对于具有高斯光束分布的连续激光，光斑尺寸应选择在瑞利长度为晶体长度的一半时的大小。光斑尺寸可减小一定的量，直到获得最高效率。PPLN具有高的折射率，在每个未镀膜的面上导致14%的菲涅耳损耗。为了增加晶体的透过率，晶体的输入和输出端面镀了增透膜，从而将每个面的反射降到1%以下。

温度和周期

一个PPLN晶体的极化周期由使用的光的波长决定。准相位匹配波长可通过改变晶体的温度来稍微调节。Covesion库存的PPLN晶体，每个系列都包括多种不同的极化周期，这些极化周期可在给定的晶体温度下使用不同的输入波长。我们的计算调节曲线对相位匹配所需的温度给出了很好的参考。转换效率与温度的关系符合一个sinc2函数，描述晶体温度接受带宽(图5)。晶体越长，接受带宽越窄，越敏感。在许多情况下，非线性相互作用的效率对温度的敏感在几个摄氏度内。

通过将晶体加热到比计算温度稍高的温度，例如高10℃，然后使晶体冷却，同时检测产生波长的输出功率，可以确定最佳温度。Covesion PPLN 炉子易于结合到一个光学装置中。它能够与Covesion的OC3温度控制器配对，将晶体温度保持在±0.01℃，提供非常稳定的输出功率。

MgO:PPLN与无掺杂的PPLN比较

无掺杂的PPLN通常在100℃到200℃之间的温度操作，以减小光折变效应。光折变效应可损伤晶体，引起输出光束变形。在光谱的可见光部分出现较高能量时，光折变效应在PPLN中是更严重的，仅在推荐的温度范围内使用晶体是尤其重要的。在铌酸锂中加入5%的MgO显著地增加晶体的光学损伤和光折变阈值，而又保留晶体高的非线性系数。MgO:PPLN具有较高的损伤阈值，适合于高功率应用。它也可在从室温到200℃的温度下操作，显著地增加了晶体的波长调节能力。在某些特殊情况下，MgO:PPLN可在室温下操作，并且不需要温度控制。

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审核编辑：符乾江