一种具有偏振调制的倍频装置，其特征是：包括：非线性光学倍频晶体、泵浦激光源；其特征是：还包括一偏振调制器；所述的偏振调制器设置在两块非线性光学倍频晶体之间的光路上，和在一块非线性倍频晶体前的输入光路上安置至少一块谐振腔镜，并在非线性倍频晶体与谐振腔镜之间的光路上设置一激光晶体；和在另一块非线性倍频晶体输出光路上安置至少一块谐振腔镜，泵浦激光源安置在谐振腔镜的前面组成腔内倍频。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种激光倍频器，特别是涉及一种具有偏振调制的倍频装置。
技术介绍
光学二次谐波产生(SHG)——倍频，是激光出现后第一个被发现的非线性光学效应(J.A.Armstrong，N.Bloembergen，et al，Phys.Rev，127，1918(1962))。理论与实验研究证明，当基频激光的相速与倍频光的相速相等时，即所谓的相位匹配，晶体内各处产生的倍频光能够以相同的相位进行叠加，获得相长干涉，就能够获得有效的倍频转换。尽管光学二次谐波是最早发现的非线性光学效应，但是，迄今为止光倍频仍然是最有实际应用价值的一个非线性光学效应。高效二次谐波的产生不仅在产生可调谐光源、材料加工等方面有着重要作用，而且在产生高次谐波、频率上转换等方面具有重要意义。由于倍频技术在非常广泛的领域有着重要的应用价值，国内外对这一非线性效应进行了深入的研究。提高二次谐波转换效率一直是倍频技术研究的重要方向之一，众多学者均对此进行了大量的研究，如日本学者Hiromotsu Kiriyama等人在文献(Highlyefficient second harmonic generation by using four pass quadrature frequencyconversion，Proceedings of SPIE，Vol.3889(2000))中报道了利用KTP晶体II类相位匹配方案，采用正交倍频技术方案，其第一块非线性光学晶体和第二块非线性光学晶体相位匹配面正交，使得泵浦剩余光在第二块非线性光学晶体中得到有效倍频，实现了80％倍频效率，其实验方案如图1所示。然而，尽管KTP晶体具有很大的非线性系数，可以获得很高的倍频效率，但是，KTP晶体的物理本质决定了KTP晶体的损伤阈值很低，不适宜用于高平均功率、长寿命、高效率的谐波产生。在目前存在的具有较大的非线性系数的非线性光学晶体中，如LN，KTP晶体等，损伤阈值均很低；而损伤阈值较高的非线性晶体，如LBO晶体等，有效非线性较小，很难获得高效率的谐波产生。因此，高平均功率、长寿命、高效率的倍频问题一直是大功率谐波产生没有得到很好解决的一个问题。本技术的目的在于采用具有较高损伤阈值的非线性光学晶体，采用新专利技术的多晶体倍频方案，获得高效的谐波产生。利用半导体激光器(LD)泵浦固体激光介质的固体激光器与非线性光学倍频器构成的全固态激光器具有结构紧凑、寿命长、效率高、相位可控等优点，可应用于工业、科研、医疗、军事、显示等领域，近年来成为激光领域最为活跃且最具前景的方向之一。
技术实现思路
本技术的目的在于克服已有的装置由于多个非线性光学晶体间，基频光和倍频光间的相移导致的相干相消效应，而这一效应导致倍频效率显著下降的缺陷；目的之二在于为了解决平均功率低、寿命短、效率低的倍频问题；从而提供一种具有偏振调制的倍频装置。本技术的目的是这样实现的本技术提供的一种具有偏振调制的倍频装置，包括非线性光学倍频晶体、泵浦激光源；其特征是还包括一偏振调制器；所述的偏振调制器设置在两块非线性光学倍频晶体之间的光路上，和在一块非线性倍频晶体前的输入光路上安置至少一块谐振腔镜，并在非线性倍频晶体与谐振腔镜之间的光路上设置一激光晶体；在另一块非线性倍频晶体输出光路上安置至少一块谐振腔镜，泵浦激光源安置在谐振腔镜的前面组成腔内倍频，如图4所示。在上述的技术方案中，还包括在一块非线性倍频晶体输入的光路上设置一透镜，非线性倍频晶体与偏振调制器之间的光路上设置一准直镜，和在偏振调制器与另一块非线性倍频晶体输出光路上安置另一块透镜，泵浦激光源安置在谐振腔镜的前面，如图2所示。所述的偏振调制器由石英晶体或其它双折射旋光材料制成，满足Δθ=θ2ω-θω=(2k-1)π2,]]>偏振调制器的旋光角精度至少为3毫弧度。所述的双折射旋光材料包括钒酸钇或偏硼酸钡(BBO)等。还包括非线性倍频晶体设置在一加热温控装置上，该加热温控装置由炉丝和测温电阻组成，非线性倍频晶体放在中空的紫铜块内，紫铜块外面绕上炉丝，通电对紫铜进行加温实现对非线性倍频晶体，并由测温电阻反馈回温度信号进行控温。调整温度，将精密温控装置的温度设定在310K，满足相位匹配条件。偏振调制器由石英晶体制成，使得基频激光偏振面与倍频激光偏振面旋转角差为90°，消除两块非线性晶体产生的倍频激光间的相干相消作用(这将导致倍频效率下降)，即能实现高效腔内倍频。所述的泵浦激光源包括固体激光器、液体激光器、气体激光器或半导体激光器及其频率变换激光。所述的泵浦激光源的波长包括是1064nm、1342nm、1319nm、1030nm、946nm、914nm，还包括其它波长的激光。所述的泵浦激光源包括连续波激光或准连续波激光。所述的泵浦激光源在非线性光学晶体中实现的相位匹配方式包括共线、非共线、临界、非临界相位匹配。所述的非线性光学倍频晶体包括三硼酸锂(LBO)、偏硼酸钡(BBO)、铌酸钾(KNO3)、钛氧磷酸钾(KTP)，也可以是其它非线性光学晶体；非线性光学倍频晶体内的相位匹配方式包括I类或II类相位匹配，其形状包括块状、棒状或任意形状，还包括是多块非线性光学晶体串联而成。偏振调制器的工作原理表述如下具有旋光特性的物质分为左旋或右旋，即使光的偏振面发生左旋或右旋效应，如石英晶体，其旋光特性随着波长的不同而不同，图3给出了石英晶体的旋光本领随波长的变化，图3(a)给出了不同波长光通过相同长度的旋光介质后，其偏振面旋转角度不同的示意图；图3(b)则给出了不同波长光在石英晶体中的旋光因子。适当选取旋光材料的通光长度，即可使不同波长的激光偏振面旋光角度差等于90°角的奇数倍，消除第一次倍频产生的二次谐波和第二次产生的二次谐波间的相干性，获得高效倍频。当激光泵浦非线性光学晶体产生I类或II类相位匹配倍频时，由于介质膜层、光学元件和空气的色散等原因，造成基频光和倍频光之间存在相位延迟，即相移。当采用多块非线性倍频晶体倍频时，第二块晶体内产生的谐波与第一块晶体产生的谐波之间由于相移而导致难以获得相干加强，严重时还将导致相干相消的效应，限制了进一步提高倍频效率的提高。从本质上来说，这一效应是相干光源相互作用的结果。因此，本技术采用偏振调制器进行偏振态调制，使得第一块非线性倍频晶体产生的谐波与第二块非线性倍频晶体产生的谐波偏振态互相垂直，消除了相干条件，进而可以提高倍频转换效率，其实验原理如图2所示。本技术的优越性本技术的具有偏振调制的倍频装置由精密偏振调制器、一块或几块非线性光学晶体、泵浦光源组成的，其偏振调制器由石英晶体或其它双折射材料制成，通过设计偏振调制器的参数，即能调节基频光和倍频光的电场矢量夹角，进而消除相干相消效应，提高倍频效率，至少提高一倍以上。本技术提供的具有偏振调制的倍频装置对基频光和倍频光的电场矢量夹角进行调制，克服了相干相消效应，有效提高倍频效率，并且结构简单，其效率可达理论极限值，实现了高效的激光输出，为高效率的激光倍频技术实用化开辟了广阔的前景，可广泛应用于军事、科研、娱乐、医疗本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：许祖彦，毕勇，李瑞宁，孙志培，林学春，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：实用新型
国别省市：
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