用于三次谐波生成的高效激光系统技术方案

频率转换激光系统被配置有：单模(SM)激光源，其输出基频的脉冲泵浦光束；以及非线性光学系统，其操作以将基频依次转换为二次谐波(SH)然后转换为三次谐波(TH)。非线性光学系统包括细长的SHG晶体，SM脉冲泵浦光束穿过所述细长的SHG晶体，所述SHG晶体生成SH光束。SHG晶体的输出表面相对于SHG晶体的纵轴以第一楔角倾斜，所述第一楔角不同于直角。非线性光学系统还具有细长的THG晶体，其输入表面被泵浦光束的其余部分和SHG光束照射，所述泵浦光束的其余部分和SHG光束以其间的走离角传播通过THG晶体以生成三次谐波(TH)光束，THG晶体的输入表面以第二楔角向THG晶体的纵轴倾斜。相应SHG和THG晶体的输出和输入表面是倾斜的，以便最小化THG晶体中SH和IR指向矢量之间的走离角，从而改善转换效率和TH输出光束的椭圆率。

High Efficiency Laser System for Third Harmonic Generation

The frequency conversion laser system is configured as a single mode (SM) laser source, which outputs a fundamental frequency pulse pumped beam, and a non-linear optical system, which operates to convert the fundamental frequency to second harmonic (SH) and then to third harmonic (TH). The non-linear optical system comprises a slender SHG crystal through which the SM pulse pumped beam passes, and the SHG crystal generates the SH beam. The output surface of SHG crystal inclines at the first wedge angle relative to the longitudinal axis of SHG crystal, and the first wedge angle is different from the right angle. The non-linear optical system also has a slender THG crystal whose input surface is illuminated by the rest of the pump beam and SHG beam. The rest of the pump beam and SHG beam propagate through the THG crystal at their walk-off angles to generate the third harmonic (TH) beam. The input surface of the THG crystal inclines to the longitudinal axis of the THG crystal at the second wedge angle. The output and input surfaces of corresponding SHG and THG crystals are inclined to minimize the walk-off angle between SH and IR pointing vectors in THG crystals, thus improving the conversion efficiency and the ellipticity of TH output beams.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于三次谐波生成的高效激光系统
本公开涉及一种用于在针对和频混频(SFM)非线性过程而设计的非线性晶体中获得增强的频率转换效率的系统。
技术介绍
目前，在例如LED划线、芯片切割、通孔钻孔、塑料标记等的各种工业应用中对大功率紫外(UV)激光器的需求不断增加。与更常见的IR激光器相比，UV激光器具有某些材料对UV光的线性和非线性吸收较高的优点，且它们实现较小尺寸的可能性。通常，生成UV光需要使用两种非线性光学晶体，例如三硼酸锂或硼酸锂(LBO)。最初，泵浦光束的基频-红外(IR)激光光束-在传播通过第一非线性晶体时生成其二次谐波(SH)。二次谐波生成(SHG)非线性过程包括组合IR输入辐射的两个光子以产生频率为输入红外辐射的频率的两倍的可见光输出辐射的光子。在发生于第二非线性晶体中的三次谐波生成(THG)中，非线性过程包括将SH输出的光子与IR输入的光子组合以输出频率是泵浦光束的频率的三倍的UV辐射。包括LBO的非线性晶体通常以各向异性折射率为特征，这意味着折射率取决于辐射在双折射晶体中的偏振方向。在双折射晶体中，强度分布偏离由波矢量k定义的方向，该波矢量k总是垂直于波前WF，如图1所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非线性光学系统，包括：细长的二次谐波生成SHG晶体，具有纵轴且基频的脉冲泵浦光束穿过所述SHG晶体，所述SHG晶体生成二次谐波SH光束，所述SHG晶体的输出表面相对于所述SHG晶体的纵轴以第一角度α倾斜，其中所述第一角度α与直角不同；细长的三次谐波生成THG晶体，所述THG晶体具有与所述SHG晶体的纵轴平行的纵轴以及输入表面，所述泵浦光束的其余部分和所述SH光束入射在所述输入表面上，所述泵浦光束的其余部分和所述SH光束两者以其之间的走离角度传播通过所述THG晶体以生成三次谐波TH光束，所述THG晶体的输入表面以第二角度δ相对于所述THG晶体的纵轴倾斜，其中所述第二角度δ不同于直角，其中...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.30 US 62/315,2901.一种非线性光学系统，包括：细长的二次谐波生成SHG晶体，具有纵轴且基频的脉冲泵浦光束穿过所述SHG晶体，所述SHG晶体生成二次谐波SH光束，所述SHG晶体的输出表面相对于所述SHG晶体的纵轴以第一角度α倾斜，其中所述第一角度α与直角不同；细长的三次谐波生成THG晶体，所述THG晶体具有与所述SHG晶体的纵轴平行的纵轴以及输入表面，所述泵浦光束的其余部分和所述SH光束入射在所述输入表面上，所述泵浦光束的其余部分和所述SH光束两者以其之间的走离角度传播通过所述THG晶体以生成三次谐波TH光束，所述THG晶体的输入表面以第二角度δ相对于所述THG晶体的纵轴倾斜，其中所述第二角度δ不同于直角，其中，选择所述第一角度和所述第二角度以在保持相位匹配条件的情况下使相应泵浦光束和SH光束的指向矢量之间的走离角最小化，并提高所述TH光束的椭圆率。2.根据权利要求1所述的非线性光学系统，其中，所述SHG晶体是I型非临界相位匹配的LBO，而所述THG晶体被配置为II型临界相位匹配的LBO。3.根据上述权利要求之一所述的非线性光学系统，其中相应SHG晶体和THG晶体的输出表面和输入表面在彼此平行或不平行的相应平面中延伸，非平行平面之间的角度被最小化。4.根据上述权利要求之一所述的非线性光学系统，其中，所述SHG晶体和所述THG晶体在垂直于所述晶体的纵向维度的方向上共面或偏移不超过1mm的距离。5.根据上述权利要求之一所述的非线性光学系统，其中，所述SHG晶体和...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德瑞·巴布什金，安德雷·博登优克，
申请(专利权)人：IPG光子公司，
类型：发明
国别省市：美国,US