一种非线性晶体热透镜焦距的测量方法技术

本发明专利技术提供了一种测量非线性晶体热透镜焦距的方法，此方法包括以下步骤：光学谐振腔内注入少许待测激光，扫描光学谐振腔腔长，通过透镜组整形注入光光斑，使其与谐振腔基模模式匹配，并记录匹配效率；增加注入光功率，锁定光学谐振腔，并持续几分钟；解锁光学谐振腔，扫描腔长，并记录注入光与基模的模式匹配效率；对比两次模式匹配效率，计算非线性晶体的热透镜焦距。该方法操作方便、测量精度高，具有很好的实用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种非线性晶体热透镜焦距的测量方法，具体是一种通过测量光学谐振腔模式匹配效率的变化，推导非线性晶体热透镜焦距大小的方法。
技术介绍
非线性晶体(如LBO、KTP、BIBO和PPKTP等)是激光
普遍使用的一种光学材料，由于其优越的光学特性被广泛应用于光与物质相互作用的研究工作中，例如连续变量压缩态光场和二次谐波的产生过程等，并且通过压缩态光场可进一步制备多组份纠缠态光场，进而应用于构建量子信息网络、完成量子密钥分发等研究工作。通常，非线性晶体是多种化合物以一定的配比在高温环境下经过一定的周期生长而成。然而，在晶体生长的过程中，各种化合物很难达到理想的化学配比，并且不可避免地会引入一些杂质材料，形成固有缺陷。这种缺陷对外表现为晶体对注入光的吸收，吸收过程则会导致剧烈的热效应。通常，晶体表面会采取控温措施，以散失内部吸收产生的大量热量，这就导致了晶体中由内而外形成一定的温度梯度，产生热透镜效应。而晶体的化学配比偏离理想值越远，杂质越多，则晶体的热透镜效应越严重。热透镜效应的存在，不仅会改变光学谐振腔的基模腰斑尺寸、降低模式匹配效率、缩小谐振腔工作稳区，严重时还会导致基模模式发生畸变，甚至晶体断裂。此外，还会降低压缩光的压缩度和倍频过程的转换效率，限制高质量非经典光场和高效倍频光的产生。因此，在实际的应用中，我们有必要对晶体的热透镜效应进行分析。在晶体热透镜焦距的测量方面，研究工作者已经开展了大量的研究工作，尤其在激光晶体热焦距的测量方面，提出多种测量晶体热焦距的方法。如：利用探针光束直接测量的法[APPLIED OPTICS,Vol-9,P-2548(1970)]，将一束探针光准直注入激光晶体，当有泵浦光注入时，晶体即等效为一个薄透镜，探针光经过透镜被聚焦，直接测量其焦点位置即可获得热透镜焦距的大小。其中，焦点位置可以采用直接观察法或光电探测器、光束质量分析仪辅助观察的办法进行测量。虽然该方法简单易行，对所用的非线性晶体热焦距的测量仍然适用，但存在以下缺点：(1)光路准直的好坏对测量影响较大，对于二极管泵浦的固体激光器来说，
泵浦区域与非泵浦区域温度分布差异较大，若准直不佳会导致测量误差加大；(2)一般探针光与激光腔内振荡光的波长存在一定的偏差，由晶体后端面出射后的光束相位延迟有差异，从而引入一定的误差；(3)通过上述观察办法，探针光焦点位置的测量存在较大误差，从而严重影响测量精度；(4)测量并非是在腔内谐振条件下完成，无法表征实际情况下热焦距的大小。另外一种典型的方法是刀口法测量法[光子学报,Vol-34,P-1769(2005)]：在光学谐振腔输出激光光路中放置一片薄的刀片，在至少三个不同的位置，利用刀片测量光束腰斑半径，从而计算出输出激光束的发散角，由发散角即可推导出晶体热透镜焦距大小。该方法虽然可以测量激光实际工作条件下，晶体的热透镜焦距，但仍然存在以下缺点：(1)利用刀片遮挡光斑的方法测量光束横截面尺寸精度较差，从而对热透镜焦距的测量引入较大的系统误差；(2)利用功率计或探测器测量未被刀片遮挡部分光束的功率，功率计测量精度直接影响测量结果。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种简单、精确、直观、能反映光学谐振腔实际工作情况的非线性晶体热透镜焦距的测量方法。本专利技术的核心思想是把对非线性晶体热透镜焦距的测量转化为对光学谐振腔的模式匹配效率变化的测量。随着注入功率的变化，热透镜焦距随之发生变化，进而改变谐振腔基模腰斑尺寸，当注入光腰斑半径恒定时，即表现为光学谐振腔模式匹配效率发生改变。首先，让少许激光注入光学谐振腔，并采用放置于光路中的一组透镜整形注入光的腰斑尺寸，使其与光学谐振腔基模实现模式匹配，并记录匹配效率；然后，增加注入光光功率，并锁定光学谐振腔腔长；等待数分钟后，解锁谐振腔，并迅速记录此时振荡光的模式匹配效率；对比两次模式匹配效率，计算热透镜焦距的大小。本专利技术提供了一种测量非线性晶体热透镜焦距的方法，包括以下步骤：1)、通过内插入非线性晶体的光学谐振腔之前的透镜组整形注入光学谐振腔中的光，使注入光腰斑恰好落在光学谐振腔基模腰斑处，并且与基模大小相等，位置重合；用三角波信号通过安装于光学谐振腔的输入镜上的压电陶瓷扫描腔长，使注入光与光学谐振腔基模实现模式匹配，并记录模式匹配效率。在光学谐振腔前插入合适焦距的透镜组，整形注入光的腰斑尺寸，使其腰斑
大小与光学谐振腔基模腰斑大小相等，且两者腰斑完全重合。通过粘贴于输入镜上的压电陶瓷扫描光学谐振腔的腔长，由第三探测器观察光学谐振腔输出激光的透射峰曲线。第三探测器输出的直流信号与示波器连接，可直接观察一个自由光谱区内的主模与次模模式透射峰的比例(模式匹配效率＝主模透射峰高度/(主模透射峰高度+次模透射峰高度))，从而得到光学谐振腔的模式匹配效率，并记录。在测量中，热透镜焦距与谐振腔的模式匹配效率之间的关系，可由以下表达式建立。首先，光学谐振腔基模腰斑半径可由以下公式计算：谐振腔ABCD传输矩阵为： M = A B C D = 1 l / 2 0 1 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量非线性晶体热透镜焦距的方法，其特征在于，包括以下步骤：1）、通过内插入非线性晶体（65）的光学谐振腔（6）之前的透镜组（4）整形注入光学谐振腔（6）中的光，使注入光腰斑恰好落在光学谐振腔（6）基模腰斑处，并且与基模大小相等，位置重合；用三角波信号通过安装于光学谐振腔（6）的输入镜上的压电陶瓷（66）扫描腔长，使注入光与光学谐振腔（6）基模实现模式匹配，并记录模式匹配效率；2）、提高注入光功率，锁定光学谐振腔（6），等待5~10分钟后，解锁光学谐振腔（6），用三角波信号再次扫描腔长，并迅速记录模式匹配效率；3）、依据步骤1）、2）所测量的模式匹配效率，计算光学谐振腔（6）基模的腰斑大小；4）、依据步骤3）得到的基模腰斑大小，计算非线性晶体（65）的热透镜焦距大小。

【技术特征摘要】
1.一种测量非线性晶体热透镜焦距的方法，其特征在于，包括以下步骤：1）、通过内插入非线性晶体（65）的光学谐振腔（6）之前的透镜组（4）整形注入光学谐振腔（6）中的光，使注入光腰斑恰好落在光学谐振腔（6）基模腰斑处，并且与基模大小相等，位置重合；用三角波信号通过安装于光学谐振腔（6）的输入镜上的压电陶瓷（66）扫描腔长，使注入光与光学谐振腔（6）基模实现模式匹配，并记录模式匹配效率；2）、提高注入光功率，锁定光学谐振腔（6），等待5~10分钟后，解锁光学谐振腔（6），用三角波信号再次扫描腔长，并迅速记录模式匹配效率；3）、依据步骤1）、2）所测量的模式匹配效率，计算光学谐振腔（6）基模的腰斑大小；4）、依据步骤3）得到的基模腰斑大小，计算非线性晶体（65）的热透...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雅君，郑耀辉，彭堃墀，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：山西;14