復(fù)合非線性晶體變頻組件的制作方法
【專利摘要】復(fù)合非線性晶體變頻組件，包括至少兩個(gè)分別溫控的非線性晶體，它們的切割安置取向可使它們變頻時(shí)的基波和諧波的走散效應(yīng)相互抵消。溫控電路可使各非線性晶體均處于變頻相位匹配狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)的有效迭加的非線性轉(zhuǎn)換長(zhǎng)度。溫控電路也可使其中只有一個(gè)非線性晶體處于變頻相位匹配狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)不同參數(shù)的激光束進(jìn)行頻率變換時(shí)對(duì)非線性轉(zhuǎn)換長(zhǎng)度的不同的最佳要求。
【專利說明】復(fù)合非線性晶體變頻組件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種激光波長(zhǎng)變頻裝置，用于激光器中實(shí)現(xiàn)對(duì)激光波長(zhǎng)在不同工作重 復(fù)頻率下的高效率轉(zhuǎn)換。

【背景技術(shù)】
[0002] 利用非線性晶體可以對(duì)高強(qiáng)度的激光光束實(shí)現(xiàn)二倍頻，三倍頻，四倍頻，五倍頻或 參量轉(zhuǎn)換等。
[0003] 通常的頻率變換是采用一塊經(jīng)適當(dāng)切割的加工的非線性晶體，采用高精度的溫度 控制，將晶體的溫度控制于一個(gè)特定值Tp，然后采用高精度的機(jī)械裝置將晶體軸向與激光 光束間作精密調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)所謂的"相位匹配"條件，實(shí)現(xiàn)高效率的頻率轉(zhuǎn)換。
[0004] 對(duì)于一選定的非線性晶體和特定的激光束參數(shù)，變頻的效果取決于晶體的長(zhǎng)度， 其溫度控制精度，其軸向與激光光束間調(diào)整精度。
[0005] 晶體溫度控制精度對(duì)于變頻的效果的影響和該非線性晶體的溫度接納角有關(guān)。非 線性晶體的溫度接納角為ACC?cm)，它意味著如對(duì)于長(zhǎng)度為10mm的晶體，溫度偏離特定 的相位匹配溫度A/2°C，其倍頻的效率將下降50%。
[0006] 非線性晶體的長(zhǎng)度之最佳選擇主要取決于激光束的參數(shù)，如光強(qiáng)，發(fā)散度及光斑 大小等。過短的晶體長(zhǎng)度會(huì)造成變頻轉(zhuǎn)換的不足，過長(zhǎng)的晶體會(huì)造成兩個(gè)問題：其一是被轉(zhuǎn) 換了的諧波能量會(huì)反轉(zhuǎn)換回原來(lái)的基波激光，從而使諧波功率不升反降；其二是非線性轉(zhuǎn) 換時(shí)對(duì)光束質(zhì)量的負(fù)面影響會(huì)加大，包括諧波和基波光束間的走離效應(yīng)會(huì)加大，諧波光斑 的橢圓度失真加大。
[0007] 在實(shí)際的激光器應(yīng)用中，激光束的參數(shù)會(huì)經(jīng)常改變。例如對(duì)于Q-開關(guān)或鎖模激光 器，在實(shí)用中經(jīng)常需要大范圍的改變激光脈沖的重復(fù)頻率，此時(shí)激光束的峰值功率強(qiáng)度也 會(huì)有相應(yīng)的大幅度改變。如何實(shí)現(xiàn)在不同脈沖重復(fù)頻率下非線性變頻都能接近于最佳化就 成了一個(gè)極有挑戰(zhàn)性的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的是提供一種激光非線性頻率轉(zhuǎn)換的裝置，它可以在激光參數(shù)變化的 較大范圍內(nèi)，均實(shí)現(xiàn)接近優(yōu)化的非線性轉(zhuǎn)換。
[0009] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用復(fù)合式的非線性晶體變頻組件，其基本組成可為包 括兩塊長(zhǎng)度相同或不相同的非線性晶體。如圖1中的（040)和（041)，其長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)1和 L2,分別安置于它們各自獨(dú)立的溫度控制的調(diào)整架（溫控爐）（030)和（031)里。
[0010] 如只讓晶體（040)溫控至它相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)相位匹配的溫度Tpl，而讓晶體（041)的溫 度控制于和它的相位匹配的溫度Tp2偏離足夠多，如對(duì)于20mm長(zhǎng)的LB0,溫度偏離于相位匹 配的溫度Tp2達(dá)2至3攝氏度左右，則此時(shí)晶體（041)基本不對(duì)頻率轉(zhuǎn)換作任何有效的貢 獻(xiàn)。此時(shí)非線性晶體變頻組件（001)的實(shí)際有效非線性晶體長(zhǎng)度即為晶體（040)的長(zhǎng)度， 即為L(zhǎng)1。同樣可以通過溫控，使非線性晶體變頻組件（001)的實(shí)際有效非線性晶體長(zhǎng)度為 晶體（041)的長(zhǎng)度，即為L(zhǎng)2。
[0011] 同樣方法，也可以溫度控制使晶體（040)和（041)同時(shí)都處于它們相應(yīng)的相位匹 配溫度，使非線性晶體變頻組件（001)的實(shí)際有效非線性晶體長(zhǎng)度為晶體（040)和晶體 (041)的長(zhǎng)度之和，即為L(zhǎng)1+L2。
[0012] 不難理解，如在非線性晶體變頻組件中采用更多個(gè)長(zhǎng)度各不相同的非線性晶體， 則通過對(duì)它們各自的溫度控制，就可以實(shí)現(xiàn)更多種不同的實(shí)際有效非線性晶體長(zhǎng)度。
[0013] 同樣的方法可以應(yīng)用于包括二倍頻，三倍頻，四倍頻，五倍頻或參量轉(zhuǎn)換等所需的 非線性晶體變頻。在非線性晶體變頻組件中的各晶體可以相互緊鄰，如相互間距為1至 10mm。也可以在各晶體間加有聚焦透鏡，使各晶體內(nèi)部的激光束直徑互不相同，以便對(duì)大范 圍變化的激光參數(shù)提供更好的變頻最佳化覆蓋。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施作進(jìn)一步說明。
[0015] 圖1 :包含有兩塊非線性晶體的非線性晶體變頻組件示意圖。
[0016] 圖2 :包含有兩塊非線性晶體及聚焦透鏡的非線性晶體變頻組件示意圖。
[0017] 圖3 :包含有兩塊非線性晶體及聚焦透鏡，采用轉(zhuǎn)折光路的非線性晶體變頻組件 示意圖。
[0018] 圖4 :三倍頻非線性晶體變頻組件示意圖。
[0019]圖5 :包含有兩塊非線性晶體對(duì)走散效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆蔷€性晶體變頻組件示意 圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020] 如圖1所示，本發(fā)明的一個(gè)用于激光器腔外倍頻的非線性晶體變頻組件（001)的 基本組成是：兩塊長(zhǎng)度相同或不相同的非線性晶體（040)和（041)，其長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)1和 L2,分別安置于它們各自獨(dú)立的溫度控制的調(diào)整架（溫控爐）（030)和（031)里，它們各自 的溫度控制電路分別為（045)和（046)，（045)和（046)受系統(tǒng)控制電路（060)的統(tǒng)一控 制。待變頻的基波激光器為（050)，其輸出激光光束為（055)。經(jīng)倍頻轉(zhuǎn)換后，倍頻輸出為 (010)，剩余的基波激光為（056)。一個(gè)具體的實(shí)例為非線性晶體（040)為L(zhǎng)B0,其尺寸為 3X3X15mm3，I類臨界相位匹配切害1]，0 =90°，小=11.3°，兩個(gè)通光面均對(duì)1064/532nm 鍍?cè)鐾改?，相位匹配溫度?0°C，讓它偏離相位匹配時(shí)溫度設(shè)置為60°C;非線性晶體（041) 為L(zhǎng)B0,其尺寸為3X3X10mm3，I類臨界相位匹配切割，0=90°，小=11.3°，兩個(gè)通光面 均對(duì)1064/532nm鍍?cè)鐾改?，相位匹配溫度?0°C，讓它偏離相位匹配時(shí)溫度設(shè)置為60°C; (040)和（041)間的距離為2mm。待變頻的基波紅外（IR)激光器（050)為激光脈沖寬度 15ps左右的鎖模激光器，脈沖重復(fù)頻率在100kHz至1000kHz間可調(diào)。
[0021] 首先在兩晶體（040)和（041)都溫控于相位匹配溫度30°C的情況下將它們的位置 調(diào)整至激光諧波能量輸出最大。然后根據(jù)基波激光束的參數(shù)決定將哪塊非線性晶體的溫控 保持在其相位匹配溫度，其它的晶體溫度控制到偏離相位匹配溫度的60°C。以下是實(shí)際試 驗(yàn)結(jié)果及討論：
[0022]

【權(quán)利要求】
1. 復(fù)合非線性晶體變頻組件，包括至少兩個(gè)分別溫控的非線性晶體。
2. 權(quán)利要求1中，溫控電路可使各非線性晶體均處于變頻相位匹配狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)各 晶體長(zhǎng)度有效迭加的非線性轉(zhuǎn)換長(zhǎng)度。
3. 權(quán)利要求1中，溫控電路可使其中只有一個(gè)非線性晶體處于變頻相位匹配狀態(tài)，其 他非線性晶體處于非變頻相位匹配狀態(tài)，有效的非線性轉(zhuǎn)換長(zhǎng)度為從處于變頻相位匹配狀 態(tài)的晶體之長(zhǎng)度。
4. 權(quán)利要求1中，各非線性晶體的長(zhǎng)度相同。
5. 權(quán)利要求1中，各非線性晶體的長(zhǎng)度不相同。
6. 權(quán)利要求1中，各非線性晶體間間隔為1至20mm。
7. 權(quán)利要求1中，各非線性晶體間安置有聚焦透鏡。
8. 權(quán)利要求 1 中，非線性晶體可 W是 KTP，BBO, LBO, CBO, CLBO, LiNb〇3, BiBO。
9. 權(quán)利要求1中，非線性晶體可W是為對(duì)波長(zhǎng)為200nm至5 y m的光波作二倍頻，H倍 頻，四倍頻，五倍頻或參量轉(zhuǎn)換。
10. 權(quán)利要求1中，非線性晶體的切割安置取向可使它們變頻時(shí)的基波和諧波的走離 效應(yīng)相互抵消。
【文檔編號(hào)】G02F1/35GK104348077SQ201310320518
【公開日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2013年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月29日
【發(fā)明者】蔡志強(qiáng), 陸富源, 殷帥 申請(qǐng)人:北京科涵龍順激光設(shè)備有限公司, 殷帥