جبران اثرات نبود همسانی فاز گرمایی در تولید هماهنگ دوم توان بالا با استفاده از چرپ‌شدگی بلور غیرخطی قطبیده دوره‌ای

اثرات حرارتی تاثیرات نامطلوبی در فرآیند تولید هماهنگ دوم به ویژه در توان ‌های بالای لیزر دمش می‌ گذارد. تولید توزیع دمایی نایکنواخت در بلور از راه جذب پرتوهای دمش و هماهنگ دوم منجر به افت شدید بازده تبدیل هماهنگ دوم می ‌شود. این جذب به عنوان چشمه گرما در بلور عمل کرده و از باقی ماندن بلور در دمای همسانی فاز جلوگیری می‌کند، در نتیجه پدیده‌ ای به نام نبود همسانی فاز گرمایی در بلور ایجاد می ‌شود. در این مقاله ابتدا یک مدل نظری برای شبیه‌ سازی اثرات حرارتی در تولید هماهنگ دوم شناسانده شده است. سپس با در نظر گرفتن یک بلور قطبیده دوره‌ ای به عنوان بلور غیرخطی و افزودن چرپ‌ شدگی به دوره تناوب آن، راهکاری برای جبران نبود همسانی فاز گرمایی بیان شده است. نتایج شبیه‌ سازی نشان می‌ دهد که چرپ شدگی یک بلور قطبی دوره‌ ای سبب جبران اثرات گرمایی در بلور غیرخطی شده و تا حد زیادی افت بازده هماهنگ دوم را جبران می‌ کند.  به عنوان مثال، در توان دمش 20 وات اثرات حرارتی موجب کاهش بازده تبدیل هماهنگ دوم از 74 درصد به 18 درصد شده و با به کار بردن بلور قطبیده دوره ‌ای چرپ ‌شده بازده به 50 درصد رسیده است.

Compensation of Thermal Phase Mismatch Effects in The High Power Second Harmonic Generation Using a Chirped Periodically Poled Non-linear Crystal

Thermal effects strongly influence the process of second harmonic generation, especially at high fundamental powers. The generation of non-uniform temperature distribution in the crystal due to the absorption of fundamental and second harmonic waves leads to significant degradation of the efficiency of the second harmonic generation process. This absorption acts as a heat source in the crystal and prevents the crystal from remaining at the phase matching temperature, resulting in a phenomenon called thermal phase mismatch in the crystal. In this paper, first, a theoretical model to simulate the thermal effects in the second harmonic generation is introduced. Then, by considering a periodically poled crystal as a nonlinear crystal and adding a chirp to its periodicity, a solution to compensate for the thermal phase mismatch is presented. Simulation results show that the chirp of a periodically poled crystal compensates for the thermal effects on the nonlinear crystal and largely offsets the efficiency degradation in the second harmonic generation. For example, at the fundamental power of 20 W, the thermal effects reduce the second-harmonic conversion efficiency from 74% to 18% and using the chirped periodically poled crystal increases the efficiency to 50%.