本发明专利技术公开一种用于多波长倍频和/或和频的波长转换元件，另外还公开一种激光光源，所述波长转换元件包括非线性晶体，在所述非线性晶体中沿光路方向依次设置至少两个有自发极化方向周期性交替变化而形成的铁电畴光栅，所述每一光栅对应其中一组待倍频和/或和频的基频光，且该光栅的周期满足入射的基频光和相应的出射光之间的准相位匹配。所述光栅结构每隔几微米进行周期性反转，以实现入射光和出射光的准相位匹配，最终经由该非线性晶体的光线不再是单一波长光线，而是由多个波长的光构成的多波长光谱，从而达到降低相干散斑的效果，不易引起视觉疲劳。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光领域，具体涉及一种用于多波长倍频和/或和频的波长转换元件 及一种激光光源。 一种用于多波长倍频和/或和频的波长转换元件及激光光 源
技术介绍
激光光源由工作物质、泵浦激励源和谐振腔3部分组成。工作物质中的粒子（分 子、原子或离子）在泵浦激励源的作用下，被激励到高能级的激发态，造成高能级激发态上 的粒子数多于低能级激发态上的粒子数，即形成粒子数反转。粒子从高能级跃迁到低能级 时，就产生光子，如果光子在谐振腔反射镜的作用下，返回到工作物质而诱发出同样性质的 跃迁，则产生同频率、同方向、同相位的辐射。如此靠谐振腔的反馈放大循环下去，往返振 荡，辐射不断增强，最终即形成强大的激光束输出，该激光束即为单色性好，方向性强，光亮 度高的激光。 绿光激光器作为激光显示的光源应用与生活中，一般先采用半导体激光器泵浦掺 杂钕离子的激光晶体得到红外光，然后采用非线性光学晶体倍频得到绿光。传统的绿光为 单一波长，激光器具有较好的相干性，在屏幕上形成耀眼的相干散斑，降低了显示图像画 质，并容易引起观看者的视觉疲劳。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于多波长倍频和/或和频的波长转换元件，以解决现有非线性 光学晶体存在的上述问题。 本专利技术另外提供一种激光光源，以解决现有激光器存在的上述问题。 本专利技术提供一种用于多波长倍频和/或和频的波长转换元件，包括非线性晶体， 在所述非线性晶体中沿光路方向依次设置至少两个有自发极化方向周期性交替变化而形 成的铁电畴光栅；所述每一光栅对应其中一组待倍频和/或和频的基频光，且该光栅的周 期满足入射的基频光和相应的出射光之间的准相位匹配。 可选地，所述非线性晶体为铌酸锂晶体、掺镁铌酸锂晶体、钽酸锂晶体、掺镁钽酸 锂晶体、近化学计量比铌酸锂、掺镁近化学计量比铌酸锂、近化学计量比钽酸锂或者掺镁近 化学计量比钽酸锂中的一种。 优选地，不同光栅的光栅长度D相同或者不同，不同光栅的光栅周期Λ不同。 可选地，所述级联方式为沿光路方向的串联方式，具有不同周期的光栅在光路中 不存在先后顺序。 本专利技术提供一种激光光源，包括设置于光路中的激光器、多波长晶体和上述用于 多波长倍频和/或和频的波长转换元件；所述激光器的出射光为单波长光线，该单波长光 线入射至多波长晶体，经由所述多波长晶体出射的光为多波长光线，所述多波长光线入射 至所述波长转换元件的非线性晶体，经由该非线性晶体的出射光为输出光谱；所述非线性 晶体中的光栅周期与所述多波长光线的不同波长相对应，以实现多波长光线与所述输出光 谱的准相位匹配，所述输出光谱为所述多波长光线的倍频光和/或和频光。 优选地，所述非线性晶体中的光栅周期与所述多波长光线的不同波长相对应，具 体对应关系是，根据准相位匹配原理和多波长光线中的不同波长分别计算，获取不同波长 对应的光栅周期。 可选地，所述多波长光线为两个波长分别为\1和λ2的光谱，两个不同波长对应 三个不同的光栅周期，则经由所述非线性晶体的输出光谱分别为入 1和λ2的倍频光谱，以 及\1和λ2两者的和频光谱。 可选地，所述多波长光线为三个波长分别为λ i、入2和λ3的光谱，三个不同波长 对应六个不同的光栅周期，则经由所述非线性晶体的输出光谱分别为λi、λ 2和λ3的倍频 光谱，以及λ i和λ 2的和频光谱、λ 3和λ 2的和频光谱、λ i和λ 3的和频光谱。 可选地，所述多波长晶体是钕镁共掺的铌酸锂或钕镁共掺的钽酸锂。 可选地，所述输出光谱为绿光、蓝光或者红光。 可选地，还包括谐振腔，所述非线性晶体设置于所述谐振腔的腔内或者腔外。 可选地，所述非线性晶体设置于所述谐振腔的腔内，该谐振腔由所述多波长晶体 的第一端面及设置于非线性晶体之后的输出镜构成；所述多波长晶体的第一端面设置多波 长光线和出射光谱的反射膜，以及单波长光线的增透膜；所述输出镜上设置多波长光线的 高反膜和出射光谱的增透膜。 可选地，所述非线性晶体设置于所述谐振腔的腔内，所述非线性晶体的长度范围 是大于等于〇. 5_，且小于等于3. 0_;所述非线性晶体设置于所述谐振腔的腔外，所述非 线性晶体的长度范围是大于等于l〇mm，且小于等于30mm ; 与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术提供一种用于多波长倍频和/或 和频的波长转换元件，包括非线性晶体，在所述非线性晶体中沿光路方向依次设置至少两 个有自发极化方向周期性交替变化而形成的铁电畴光栅，所述每一光栅对应其中一组待倍 频和/或和频的基频光，且该光栅的周期满足入射的基频光和相应的出射光之间的准相位 匹配。所述光栅结构每隔几微米进行周期性反转，以实现入射光和出射光的准相位匹配，最 终经由该非线性晶体的光线不再是单一光线，而是由多个波长的光构成的多波长光谱，从 而达到降低相干散斑的效果，不易引起视觉疲劳。 【附图说明】 图1是本专利技术实施例中单一光栅周期实现单一波长的倍频的实验装置图； 图2是本专利技术实施例中非线性晶体的结构示意图； 图3是本专利技术实施例中激光光源的结构示意图； 图4是本专利技术实施例中实际测得波长为546nm的散斑对比图； 图5是本专利技术实施例中实际测得波长为538nm的散斑对比图； 图6是本专利技术实施例中实际测得波长为546nm、538nm和542nm的三波长散斑对比 图。 其中，1、激光器，2、掺钕钒酸钇晶体，3、倍频晶体，4、输出镜，5、光路，6、非线性 晶体，601、光栅周期为△ 1的光栅，602、光栅周期为Λ2的光栅，603、光栅周期为Λ3的光 栅，7、多波长晶体。 【具体实施方式】 本专利技术提供一种用于多波长倍频和/或和频的波长转换元件，该波长转换元件包 括一种非线性晶体，该非线性晶体为一种光学晶体，可根据入射光的的入射角度及光学晶 体本身具有的特性，获得特定波长、方向及特定性质的出射光谱。 所述非线性晶体为铌酸锂晶体、掺镁铌酸锂晶体、钽酸锂晶体、掺镁钽酸锂晶体、 近化学计量比铌酸锂、掺镁近化学计量比铌酸锂、近化学计量比钽酸锂或者掺镁近化学计 量比钽酸锂中的一种。 所述准相位匹配原则的应用不受晶体材料固有因素的限制，它通过对非线性晶体 材料进行处理，在晶体中形成自发极化方向交替变化的铁电畴光栅，将其产生的附加动量 矢量引入到非线性频率变换过程的动量守恒关系中实现相位匹配。 采用准相位匹配技术的铌酸锂晶体通过人为引入光栅周期矢量，按光栅结构每隔 几微米进行周期性反转，以实现入射光和出射光的准相位匹配。对于基频波长λ的入射 光，采用准相位匹配得到倍频波长λ/2,对应的光栅周期Λ应该满足2 (η2ω-ηω) = λ/Λ， ηω、η2ω分别是基频光和倍频光的折射率。 以下介绍单一光栅周期实现单一波长的倍频方式。 如图1所示，激光晶体采用掺钕钒酸钇（Nd: YV04或者Nd:GdV04)晶体2实现单一 波长1064nm输出，在倍频晶体3的z方向上制作单一光栅周期来实现单一波长的倍频。 由于采用该种单一光栅周期的倍频晶体仅可实现单一波长的倍频，该单一波长的 光具有较好的单一性，同样会产生相干散斑，降低画面质量。 在上述单一光栅周期实现本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于多波长倍频和/或和频的波长转换元件，其特征在于，包括非线性晶体，在所述非线性晶体中沿光路方向依次设置至少两个有自发极化方向周期性交替变化而形成的铁电畴光栅；所述每一光栅对应其中一组待倍频和/或和频的基频光，且该光栅的周期满足入射的基频光和相应的出射光之间的准相位匹配。
【技术特征摘要】
1. 一种用于多波长倍频和/或和频的波长转换元件，其特征在于，包括非线性晶体，在 所述非线性晶体中沿光路方向依次设置至少两个有自发极化方向周期性交替变化而形成 的铁电畴光栅； 所述每一光栅对应其中一组待倍频和/或和频的基频光，且该光栅的周期满足入射的 基频光和相应的出射光之间的准相位匹配。2. 根据权利要求1所述的用于多波长倍频和/或和频的波长转换元件，其特征在于，所 述非线性晶体为铌酸锂晶体、掺镁铌酸锂晶体、钽酸锂晶体、掺镁钽酸锂晶体、近化学计量 比铌酸锂、掺镁近化学计量比铌酸锂、近化学计量比钽酸锂或者掺镁近化学计量比钽酸锂 中的一种。3. 根据权利要求1所述的用于多波长倍频和/或和频的波长转换元件，其特征在于，不 同光栅的光栅长度D相同或者不同，不同光栅的光栅周期Λ不同。4. 根据权利要求1所述的用于多波长倍频和/或和频的波长转换元件，其特征在于，所 述级联方式为沿光路方向的串联方式，具有不同周期的光栅在光路中不存在先后顺序。5. -种激光光源，其特征在于，包括设置于光路中的激光器、多波长晶体和上述权利要 求1-4任一项所述的用于多波长倍频和/或和频的波长转换元件； 所述激光器的出射光为单波长光线，该单波长光线入射至多波长晶体，经由所述多波 长晶体出射的光为多波长光线，所述多波长光线入射至所述波长转换元件的非线性晶体， 经由该非线性晶体的出射光为输出光谱； 所述非线性晶体中的光栅周期与所述多波长光线的不同波长相对应，以实现多波长 光线与所述输出光谱的准相位匹配，所述输出光谱为所述多波长光线的倍频光和/或和频 光。6. 根据权利要求5所述的激光光源，其特征在于，所述非线性晶体中的光栅周期与所 述多波长光线的不同波长相对应，具体对应关系是，根据准相位...
【专利技术属性】
技术研发人员：颜博霞，毕勇，
申请(专利权)人：中国科学院光电研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11
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