，其中場的偏光及晶體的定向經(jīng)挑選以使得達成相位匹配的條件。通常，一雙折射性晶體具有三個軸，所述軸中的一或兩者具有不同于另一者的折射率。舉例來說，單軸晶體具有單個特別軸(e)及兩個普通軸(O)。如果兩個輸入頻率具有相同偏光(通常平行于晶體的軸)，那么相位匹配稱為“第I型相位匹配”，且如果其偏光為垂直的，那么其稱為“第II型相位匹配”。然而，存在進一步規(guī)定哪一頻率相對于晶軸具有何種偏光的其它慣例。
[0057]第一混頻級包括非線性晶體402，例如CLB0。四次諧波及信號波長大約共線性地沿方向410進入晶體402且聚焦到在此晶體內(nèi)部或接近于此晶體的光束腰(光束腰未展示)。信號波長以其電場向量沿由箭頭420所示的方向進行偏光。四次諧波以實質(zhì)上垂直于信號波長的方式進行偏光。非線性晶體402的異常軸(e)經(jīng)定向?qū)嵸|(zhì)上平行于方向420，如由箭頭425所示。含有非線性晶體402的正常軸(ο)的平面經(jīng)定向?qū)嵸|(zhì)上垂直于方向420。使晶體402的ο軸相對于晶體中的光的傳播方向成一角度旋轉(zhuǎn)以便達成相位匹配。針對在大約100°C的溫度下具有接近1416nm的信號波長及接近266nm的四次諧波波長的CLBO中的第II型匹配，此角度為大約58.9°，且針對在大約100°C下具有相同波長的ΒΒ0，此角度為大約45.V。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員理解如何挑選溫度與角度的不同組合以達成相位匹配。
[0058]在一些實施例中，晶體402的輸入表面442經(jīng)截切以便相對于四次諧波(S卩，方向410)大約成布魯斯特角。此角度在于輸入表面442上不需要任何抗反射涂層的情況下使四次諧波波長的反射最小化。在一些實施例中，輸入表面442可具有抗反射涂層以減小處于四次諧波及/或信號波長的反射光。晶體402的輸出表面452可經(jīng)涂覆或未經(jīng)涂覆。不涂覆的優(yōu)點是涂層可在曝露于密集UV輻射時具有較短使用壽命。
[0059]來自晶體402的輸出光412通過光學器件403引導到包含非線性晶體404的最終混頻級。應注意，三個波長從晶體402出射:信號波長、四次諧波波長及信號與四次諧波的和的波長。由于小走離角，這些三個波長是大約但非精確共線性行進。光學器件403可包含透鏡、鏡、棱鏡、分束器及/或其它光學元件。光學器件403可將晶體404內(nèi)部或接近于晶體404的光束腰重新聚焦。在一些實施例中，光學器件403可大約補償走離以便使波長進入晶體404時更具共線性。在一些實施例中，光學器件403可分離出任何未消耗四次諧波。光學器件403的其它實施例可不分離未消耗四次諧波，因為其經(jīng)偏光垂直于偏光方向421且因此在晶體404中將不相位匹配。偏光方向421是信號波長與信號與四次諧波波長的和的波長兩者的電場的方向。偏光方向421實質(zhì)上平行于輸入信號波長的偏光方向420。在一些實施例中，光學器件403可使處于不同波長的脈沖相對延遲不同時間量以使得其實質(zhì)上同時到達晶體404內(nèi)部。在其它實施例中，脈沖足夠長以使得脈沖在晶體404內(nèi)部重疊而無與波長相關(guān)的延遲并入到光學器件403中。在一些實施例中，光學器件403可被省略。如果所有波長的瑞利(Rayleigh)范圍是足夠長以使得晶體402及403兩者中發(fā)生高效混合而無需重新聚焦，也倘若走離相對于光束直徑足夠小，且脈沖長度足夠長以在兩個晶體內(nèi)部具有不同波長的實質(zhì)重疊，那么光學器件403可被省略。光學器件403可經(jīng)涂覆或未經(jīng)涂覆。
[0060]晶體404可使其輸入表面444針對對應于信號與四次諧波的和的波長以大約布魯斯特角定向。在這些實施例中，表面444可未經(jīng)涂覆，此具有減小易受由高強度UV輻射所致的損壞的優(yōu)點。在其它實施例中，表面444可具有抗反射涂層。在一些實施例中，表面444可實質(zhì)上垂直于輸出光412。晶體404經(jīng)定向以使得含有其ο軸的平面實質(zhì)上平行于含有偏光方向421及來自晶體402的輸出光412的方向的平面。晶體404的e軸實質(zhì)上垂直于偏光方向421。使晶體404的一個ο軸相對于輸出光412的方向旋轉(zhuǎn)到一角以便達成相位匹配。針對在大約100°C下具有大約1416nm及224nm的波長的CLBO的第I型匹配，此角為大約65.4°。針對在大約100°C下針對類似波長的ΒΒ0，此角為大約50.0°。在一些實施例中，輸出表面454相對于激光輸出波長以大約布魯斯特角定向以便使輸出波長的透射最大化。在剛描述的實施例中，輸出波長的偏光方向垂直于偏光方向421。
[0061]優(yōu)選實施例可使用光學器件405來分離所要輸出波長(S卩，激光輸出450)與其它不期望波長451。光學器件405可包含分束器、棱鏡、光柵或其它光學元件。在一些實施例中，走離與晶體404的輸出表面454的角度的組合可達成激光輸出450與其它波長的充分分離以使得不需要光學器件405。
[0062]圖4B圖解說明混頻器400B的替代實施例，其中第I型混合用于第一混頻級且第II型混合用于最終混頻級。第一混頻級包含一非線性晶體402’，例如CLB0。四次諧波(4ω)及信號(《s)波長沿著方向410’大約共線地進入晶體402’且聚焦到在晶體402’內(nèi)部或接近于晶體402’的光束腰(光束腰未展示)。在此實施例中，信號波長及四次諧波兩者在其電場向量沿由箭頭420’所示的方向?qū)嵸|(zhì)上彼此平行的情況下偏光。含有晶體402’的0軸的平面平行于含有方向420’及晶體402’中光的傳播方向的平面。晶體402’的e軸垂直于圖4B的頁面的平面。使晶體402’相對于晶體402’中的光傳播的方向成一角度旋轉(zhuǎn)以便達成相位匹配。針對在大約100°C下具有接近1416nm的信號波長及接近266nm的四次諧波波長的CLBO中的第I型匹配，此角為大約53.5°。針對在大約100°C下具有類似波長的ΒΒ0，此角度為大約42.4°。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員理解如何挑選溫度與角度的不同組合以達成相位匹配。
[0063]在一些實施例中，晶體402’的輸入表面442’經(jīng)截切以便相對于四次諧波波長的方向410’大約成布魯斯特角。此角度在于輸入表面442’上不需要任何抗反射涂層的情況下使四次諧波波長的反射最小化。在一些實施例中，輸入表面442’可具有抗反射涂層以減小處于四次諧波及/或信號波長的反射光。晶體402’的輸出表面452’可經(jīng)涂覆或未經(jīng)涂覆。不涂覆的優(yōu)點是涂層可在曝露于密集UV輻射時具有較短使用壽命。
[0064]來自晶體402’的輸出光412’藉由光學器件403’引導到包含非線性晶體404’的最終混頻級。光學器件403’執(zhí)行與上文參考圖4A所描述的光學器件403 —樣的功能。光學器件403’可實施有類似于針對光學器件403所描述的那些元件的元件?；祛l器400B的一些實施例可省略403’。
[0065]—方向421’是信號及任何未消耗四次諧波兩者的電場的方向。方向421’實質(zhì)上平行于信號波長的方向420’。處于對應于信號及四次諧波的和的波長的光經(jīng)垂直于方向421，偏光。
[0066]在混頻器400B中，晶體404’可使其輸入表面444’針對對應于信號與四次諧波的和的波長以大約布魯斯特角定向。在此些實施例中，表面444’可未經(jīng)涂覆，此具有減小易受由高強度UV輻射所致的損壞的優(yōu)點。在其它實施例中，表面444’可具有抗反射涂層。在一些實施例中，表面444’可實質(zhì)上垂直于光412。晶體404’經(jīng)定向以使得含有其ο軸的平面實質(zhì)上垂直于方向421’，且其e軸實質(zhì)上平行于方向421’。使晶體404’的ο軸相對于晶體404’內(nèi)部的光的傳播方向旋轉(zhuǎn)一角度以便達成相位匹配。針對在大約100°C下具有大約1416nm及224nm的波長的CLBO的第II型匹配，此角為大約72.V，且針對在大約100°C下針對類似波長的BBO，此角為大約53.1°。在一些實施例中，晶體404’的輸出表面454’相對于激光輸出波長以大約布魯斯特角定向以便使輸出波長的透射最大化。在混頻器400B中，激光輸出450’的偏光方向垂直于方向421’。
[0067]混頻器400B的一些優(yōu)選實施例使用光學器件405’來分離激光輸出450’與其它不期望波長451’。光學器件405’可包含分束器、棱鏡、光柵或其它光學元件。在一些實施例中，走離與晶體404’的輸出表面454’的角度的組合可達成激光輸出450’與不期望波長451’的充分分離以使得不需要光學器件405’。
[0068]在混頻器400A及400B的優(yōu)選實施例中，由于在信號波長下使用高功率而在晶體402/402’中消耗輸入四次諧波的大部分或幾乎全部。一些優(yōu)選實施例將足夠高功率電平用于信號以使得和加于晶體402/402’中形成的信號頻率的大部分或幾乎全部在晶體404/404’中被消耗。
[0069]當CLBO晶體用于最終兩個混合級(即，混頻器400A中的402及404，或混頻器400B中的402’及404’)時，使用第II型混合后繼接著第I型混合的圖4A的實施例具有針對最終混合具有大約兩倍大的非線性系數(shù)(與大約0.5pm/V相比，大約lpm/V)的優(yōu)點，而非線性系數(shù)針對第一混合級是類似的。
[0070]在BBO晶體用于第一級及最終級兩者時，圖4A與4B的實施例之間的效率差是較小的，因為針對兩個混合級，第I型轉(zhuǎn)換的效率是第II型約大約兩倍多。
[0071]在一些實施例中，為產(chǎn)生處于大約1064nm的基波波長的足夠功率，一或多個放大器可用于增加基波的功率。如果使用兩個或兩個以上放大器，那么應優(yōu)選地使用一個種子激光器來對所有放大器進行播種以使得所述放大器均輸出相同波長且激光脈沖同步化。圖5圖解說明其中一種子激光器503可產(chǎn)生處于所要基波波長(例如，大約1064nm)的穩(wěn)定化窄頻帶種子激光504的示范性放大器模塊500。在一些實施例中，種子激光器503為經(jīng)Nd摻雜的YAG激光器、經(jīng)Nd摻雜的釩酸釔激光器、光纖激光器或穩(wěn)定二極管激光器中的一者。種子光504進入到第一放大器507，所述第一放大器將所述光放大到較高功率電平。在一些實施例中，第一放大器507包括經(jīng)Nd摻雜的YAG或經(jīng)Nd摻雜的釩酸釔。在一個實施例中，放大器栗505包含可栗激第一放大器507的激光器。在一些實施例中，此栗激可使用以大約808nm波長或以大約888nm波長操作的一或多個二極管激光器進行。在其它實施例中，第一放大器507可包括經(jīng)Yb摻雜的光纖放大器。
[0072]圖5還圖解說明可用于放大器模塊500的一些實施例中的示范性額外組件。由于0Ρ0/0ΡΑ 116、倍頻模塊110及頻率組合器133 (圖1A、1B、1C)接收基波激光器波長作為輸入且取決于要求接近193.4nm波長的輸出功率，因此可要求可以所要求頻寬、穩(wěn)定性及光束品質(zhì)在單個放大器中便利地產(chǎn)生的更多基波激光。實際上，增加光學放大器的功率輸出可導致增加頻寬、由于熱激光或其它效應所致的光束品質(zhì)的降級、減小穩(wěn)定性及/或縮短使用壽命。
[0073]因此，在放大器模塊500的一些實施例中，第一放大器507及額外第二放大器517可用于分別產(chǎn)生兩個基波激光輸出128及528，所述兩個基波激光輸出經(jīng)引導到不同頻率轉(zhuǎn)換級。第二放大器517可與第一放大器507實質(zhì)上相同。在一個實施例中，放大器栗515包含可栗激第二放大器517的激光器。放大器栗515可與放大器栗505實質(zhì)上相同。明顯地，相同種子激光器503可用于播種兩個激光器以便確保輸出128及528處于相同波長且同步化。分束器511及鏡512可劃分種子光504且將其部分引導到第二放大器517。
[0074]圖6圖解說明經(jīng)配置以按頻率Os產(chǎn)生經(jīng)下變頻信號的示范性0Ρ0/0ΡΑ 600。在此實施例中，光束組合器611組合處于基波波長(對應于基波頻率ω的波長)的輸入激光600與由種子激光器603產(chǎn)生的處于對應于經(jīng)下變頻信號頻率cos的波長的種子激光604。
[0075]光束組合器611可包括高效地反射第一波長同時透射第二波長的二向色涂層(舉例來說，光束組合器611可反射基波且透射種子激光(如所示)，或反之也然(未經(jīng)展示))。在光束組合器之后，第一及第二波長實質(zhì)上共線性地行進穿過非線性轉(zhuǎn)換器607，所述非線性轉(zhuǎn)換器可包括周期性輪詢的鈮酸鋰、經(jīng)氧化鎂摻雜的鈮酸鋰、KTP或另一適合非線性結(jié)晶材料。
[0076]在一些優(yōu)選實施例中，種子激光器603 (例如，二極管激光器或低功率光纖激光器)產(chǎn)生具有大約1416nm(例如在從約1330nm到約1612nm的范圍內(nèi)，或在從約1378nm到1461nm的范圍內(nèi)，或在從約1413nm到約1417nm的范圍內(nèi))的波長的種子激光604，所述種子激光然后用于以設(shè)計頻率Os播種下變頻過程。種子激光器603僅需要具有大約ImW^mW或數(shù)十mW功率。