当前位置: 首页 > 专利查询>山西大学专利>正文

连续波单频内腔倍频激光器倍频晶体最佳长度的选取方法技术

技术编号:18598137 阅读:26 留言:0更新日期:2018-08-04 20:49
本发明专利技术公开了一种连续波单频内腔倍频激光器倍频晶体最佳长度的选取方法,本发明专利技术在对内腔倍频激光器倍频晶体的最佳长度进行选取时,考虑了倍频晶体的长度对内腔倍频激光器单频稳定运转特性的影响;本发明专利技术在对连续波单频内腔倍频激光器倍频晶体的最佳长度进行选取时,无需在实验上通过不断更换不同长度的倍频晶体来被动的实现内腔倍频激光器的单频稳定运转;本发明专利技术具有普遍适用性,在高功率、中等功率和低功率内腔倍频激光以及腔内含有标准具等选模元件的内腔倍频激光器中均适用;本发明专利技术的实验装置和过程简单,无需其他系统,成本低廉。

Selection of optimal length of frequency doubling crystal in CW single frequency intracavity frequency doubled laser

The invention discloses a method for selecting the best length of frequency doubling crystal of a continuous wave single frequency intracavity frequency doubling laser. The invention considers the influence of the length of the frequency doubling crystal on the single frequency stable operation characteristic of the intracavity frequency doubling laser when the optimum length of the frequency doubling crystal is selected. When the optimum length of the frequency doubling crystal of the single frequency intracavity frequency doubling laser is selected, it is not necessary to passively realize the single frequency stable operation of the intracavity frequency doubling laser by changing the frequency doubling crystals of different lengths in experiment. The invention has universal applicability in high power, medium power rate and low power intracavity frequency doubling laser and cavity. The experimental device and process of the present invention are simple, no other system is needed, and the cost is low.

【技术实现步骤摘要】
连续波单频内腔倍频激光器倍频晶体最佳长度的选取方法
本专利技术涉及激光
,特别是涉及一种连续波单频内腔倍频激光器倍频晶体最佳长度的选取方法。
技术介绍
连续波单频内腔倍频激光器因其输出功率高,光束质量好,线宽窄,长期功率稳定性高,噪声低等优点而被广泛应运于量子信息,量子通讯,冷原子物理等多个领域。在连续波单频内腔倍频激光器的研究与生产中,腔内倍频晶体长度是一个关键的量。因为内腔倍频激光器中倍频晶体的长度不仅影响倍频光的输出功率,同时决定着内腔倍频激光器的单频运转特性。目前,选取内腔倍频激光器中倍频晶体的长度最常用的方法是根据Boyd-Kleiman聚焦定理,当倍频晶体长度为由高斯光束聚焦定理所推导的瑞利长度的两倍时为最佳;另一种选取倍频晶体最佳长度的方法为Smith内腔倍频理论模型,该理论中,结构一定的谐振腔中非线性耦合参数与非线性晶体长度的平方成正比的关系来选取倍频晶体的最佳长度;另一种选取倍频晶体最佳长度的方法是从速率方程出发,推导出二次谐波产生的功率密度与倍频晶体的长度和泵浦速率的依赖关系。以上三种方法中均未考虑倍频晶体的长度对内腔倍频激光器单频运转特性的影响。此外,还有一种由选取倍频晶体最佳长度的方法是基于space-dependentrate-equationmodel。该方法中,倍频晶体同时起到了二次谐波产生的媒介与双折射滤波片的作用,结合增益晶体的偏振选择进而迫使激光器实现单频运转。然而,该种方法缺乏考虑腔内的线性损耗对内腔倍频激光器单频运转特性的影响,不适用于线性损耗不可忽略的高功率内腔倍频激光器中倍频晶体最佳长度的选取。
技术实现思路
为了解决现有技术对于连续波单频内腔倍频激光器中倍频晶体最佳长度的选取存在的问题,本专利技术提出一种具有普遍适用性的、简单可靠的、易于在研究和生产中对连续波单频内腔倍频激光器倍频晶体最佳长度进行选取的方法。本专利技术提供了一种连续波单频内腔倍频激光器倍频晶体最佳长度的选取方法,包括以下步骤:提供一内腔倍频激光器,并在所述内腔倍频激光器进行单频运转时,获取运转所需的最小非线性损耗ε1;在所述内腔倍频激光器中设置倍频晶体,并获取在设置倍频晶体后的内腔倍频激光器进行运转时产生的最大非线性损耗ε2;对应设置不同长度的倍频晶体后,内腔倍频激光器进行运转时产生的最大非线性损耗ε2,在ε2=ε1时,对应的倍频晶体的长度即为最佳长度。其中,在获取运转所需的最小非线性损耗ε1的步骤中,ε1是利用公式(1)进行计算:其中,Δλg为增益带宽,lc为内腔倍频激光器中倍频晶体的长度,cons表示倍频晶体的非线性接收带宽与倍频晶体的长度的乘积对应的常数;α0为归一化的线性损耗,表示为:,其中,L为腔内的线性损耗。其中,在获取设置倍频晶体后的内腔倍频激光器进行运转时产生的最大非线性损耗ε2的步骤中,ε2是利用公式(2)进行计算;其中,S0为饱和功率密度,η为非线性转化因子,表示为:;且当倍频晶体的温度处于最佳相位匹配温度时,项为常数1,deff为倍频晶体的有效极化系数,n为倍频晶体的折射率,ε真空介电常数,c为光速,ω1为增益晶体处的束腰半径,ω2为倍频晶体处的腰斑半径,λf为基波波长;,K为泵浦因子,Pin为泵浦功率。其中,所述内腔倍频激光器为“8”字型四镜环形腔结构的单端面泵浦的连续波单频内腔倍频532nm激光器,包括依序排列设置的泵浦源、增益晶体、由置于永磁体内的磁光介质和半波片组成的单向器、倍频晶体、分光镜、功率计、聚焦透镜,F-P干涉仪、探测器以及示波器。其中,内腔倍频激光器的结构为单向运转的环形谐振腔,所述环形谐振腔由设置于增益晶体、置于永磁体内的磁光介质和半波片组成的单向器和倍频晶体周围的第一腔镜、第二腔镜、第三腔镜和第四腔镜形成。其中,环形谐振腔的四个腔镜中,第一腔镜为凹凸镜,凹面镀膜对泵浦光减反,凸面镀膜对泵浦光减反对基频光高反;第二腔镜为平凸镜,凸面镀有基频光高反膜;第三腔镜为平凹镜,凹面镀有基频光高反膜;第四腔镜为平凹镜,凹面镀膜对基频光高反和对倍频光高透,平面镀有倍频光高透膜。其中,增益晶体的通光面切割成指定角度的楔角,增益晶体由铟薄包覆并通过真空铟焊置于紫铜控温炉中,采用热电制冷器(TEC)进行温度控制,热沉为通有冷却循环水的紫铜块。其中,增益晶体为a轴切割的YVO4+Nd:YVO4复合晶体,包括第一端面和第二端面,第一端面为非掺杂的YVO4晶体,第二端面为掺杂浓度为0.8%的Nd:YVO4晶体;第二端面设置一1.5°的楔角作为偏振分束器。本专利技术的连续波单频内腔倍频激光器倍频晶体最佳长度的选取方法,适用于单向运转的环形内腔倍频激光器。与现有技术相比本专利技术具有以下优点:1.本专利技术在对内腔倍频激光器倍频晶体的最佳长度进行选取时,考虑了倍频晶体的长度对内腔倍频激光器单频稳定运转特性的影响。2.本专利技术在对连续波单频内腔倍频激光器倍频晶体的最佳长度进行选取时,无需在实验上通过不断更换不同长度的倍频晶体来被动的实现内腔倍频激光器的单频稳定运转。3.本专利技术具有普遍适用性,在高功率、中等功率和低功率内腔倍频激光以及腔内含内有标准具等选模元件的内腔倍频激光器中均适用。4.本专利技术的实验装置和过程简单,无需其他系统,成本低廉。附图说明图1是本专利技术提供的一种连续波单频内腔倍频激光器倍频晶体最佳长度的选取方法的流程示意图。图2是本专利技术提供的一种连续波单频内腔倍频激光器倍频晶体最佳长度的选取方法所使用的内腔倍频激光器的结构示意图。图3是本专利技术提供的一种连续波单频内腔倍频激光器倍频晶体最佳长度的选取方法中内腔倍频激光器在插入长度为18mm、19mm、20mm、21mm的倍频晶体时测取的参数的曲线示意图。图4为本专利技术提供的一种连续波单频内腔倍频激光器倍频晶体最佳长度的选取方法中内腔倍频激光器在插入长度为21.85mm、22mm、23mm和24mm的倍频晶体时测取的参数的曲线示意图。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术的技术方案作进一步更详细的描述。显然,所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都应属于本专利技术保护的范围。参阅图1,图1是本专利技术提供的一种连续波单频内腔倍频激光器倍频晶体最佳长度的选取方法的流程示意图。该方法的步骤包括:S110:提供一内腔倍频激光器,并在所述内腔倍频激光器进行单频运转时,获取运转所需的最小非线性损耗ε1。S120:在所述内腔倍频激光器中设置倍频晶体,并获取在设置倍频晶体后的内腔倍频激光器进行运转时产生的最大非线性损耗ε2。S130:对应设置不同长度的倍频晶体后,内腔倍频激光器进行运转时产生的最大非线性损耗ε2,在ε2=ε1时,对应的倍频晶体的长度即为最佳长度。本专利技术的专利技术原理为:在内腔倍频激光器的增益带宽一定时,倍频晶体的非线性接收带宽随倍频晶体长度的变化而变化,进而引起内腔倍频激光器中非线性接收带宽与增益带宽比值的变化。当该比值减小到一定值时,内腔倍频激光器将出现跳模或多模振荡的现象。本专利技术在考虑了内腔倍频激光器中倍频晶体的长度对激光器单频运转特性影响的基础上,通过理论计算出内腔倍频激光器在使用不同长度的倍频晶体时实现单频运转所需的非线性损本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连续波单频内腔倍频激光器倍频晶体最佳长度的选取方法,其特征在于,包括以下步骤:提供一内腔倍频激光器,并在所述内腔倍频激光器进行单频运转时,获取运转所需的最小非线性损耗ε1;在所述内腔倍频激光器中设置倍频晶体,并获取在设置倍频晶体后的内腔倍频激光器进行运转时产生的最大非线性损耗ε2;对应设置不同长度的倍频晶体后,内腔倍频激光器进行运转时产生的最大非线性损耗ε2,在ε2=ε1时,对应的倍频晶体的长度即为最佳长度。

【技术特征摘要】
1.一种连续波单频内腔倍频激光器倍频晶体最佳长度的选取方法,其特征在于,包括以下步骤:提供一内腔倍频激光器,并在所述内腔倍频激光器进行单频运转时,获取运转所需的最小非线性损耗ε1;在所述内腔倍频激光器中设置倍频晶体,并获取在设置倍频晶体后的内腔倍频激光器进行运转时产生的最大非线性损耗ε2;对应设置不同长度的倍频晶体后,内腔倍频激光器进行运转时产生的最大非线性损耗ε2,在ε2=ε1时,对应的倍频晶体的长度即为最佳长度。2.根据权利要求1所述的连续波单频内腔倍频激光器倍频晶体最佳长度的选取方法,其特征在于,在获取运转所需的最小非线性损耗ε1的步骤中,ε1是利用公式(1)进行计算:其中,Δλg为增益带宽,lc为内腔倍频激光器中倍频晶体的长度,cons表示倍频晶体的非线性接收带宽与倍频晶体的长度的乘积对应的常数;α0为归一化的线性损耗,表示为:,其中,L为腔内的线性损耗。3.根据权利要求2所述的连续波单频内腔倍频激光器倍频晶体最佳长度的选取方法,其特征在于,在获取设置倍频晶体后的内腔倍频激光器进行运转时产生的最大非线性损耗ε2的步骤中,ε2是利用公式(2)进行计算;其中,S0为饱和功率密度,η为非线性转化因子,表示为:;且当倍频晶体的温度处于最佳相位匹配温度时,项为常数1,deff为倍频晶体的有效极化系数,n为倍频晶体的折射率,ε真空介电常数,c为光速,ω1为增益晶体处的束腰半径,ω2为倍频晶体处的腰斑半径,λf为基波波长;,K为泵浦因子,Pin为泵浦功率。4.权利要求1所述的连续波单频内腔倍频激光器倍频晶体最佳长度的选取方法,其特征在于,所述内腔倍频激光器为“8”字型四镜环形腔结构的单端面泵浦的连续波单频内腔倍频532nm激光器,包括依序排...

【专利技术属性】
技术研发人员:卢华东郭永瑞苏静彭堃墀
申请(专利权)人:山西大学
类型:发明
国别省市:山西,14

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1