【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的实施例涉及用于激光辐射的非线性光学频率转换的设备、激光系统、用于激光辐射的非线性光学频率转换的多通道装置的用途，以及用于激光辐射的频率转换的方法。因此，实施例涉及非线性光学和激光技术。
技术介绍
1、具有高强度的相干光辐射(例如激光辐射)在许多领域(例如材料加工、测量设备、光谱应用和医疗技术)上是有价值的。然而，传统的相干光辐射源局限于特定的光谱范围，在特定光谱范围内才可以提供激光辐射。在其他波长范围提供激光辐射往往不可能，或者要提供激光辐射就需要付出高技术的努力以及需要复杂和昂贵的设备。
2、获取这种光谱区域的一种传统技术是光辐射的光学参量生成，这是在没有激光源适用的光谱区域中生成相干辐射的有效且独特的方法。为了获得辐射的参数转换，通常需要满足以下条件：
3、1)存在非线性光学介质，该非线性光学介质对于泵浦波长和信号波长是透明的，并且具有非零的非线性极化率。
4、2)满足相位匹配条件。
5、3)在非线性光学介质和辐射之间具有足够的强度和相互作用长度。
6、传统上已知的有效参数转换方法之一是准相位匹配(qpm)(szilagyi,a.；hordvik,a.；schlossberg,h.(1976):a quasi-phase-matching technique forefficient optical mixing and frequency doubling.in journal of applied physics47(5),pp.2025–2032.
7、此外，非线性周期性极化结构(ppxx)的现有制造技术仅对数量非常有限的晶体材料有效，这种晶体材料即铁电体，这种铁电体可以在高强度外部电场下通过改变晶体结构方向来极化。开发基于其他类别的非线性光学材料的周期性结构的商业应用技术的尝试尚未取得显著成功，这限制了这种参数转换方法的应用范围(muzart j et al.(1972):generation de second harmonique non colineaire et colineaire dans zns.accordde phase("phase matching")par la structure lamellaire du cristal.inopt.communic.；netherl.vol.6(4),pp.329–332；and hocker et al.(1976):enhancementof second-harmonic generation in zinc selenide by crystal defects.inappl.phys.lett.28(5),pp.267–270.doi:10.1063/1.88722；kurimura,sunao et al.,tokio(2011):quartz revisits nonlinear optics:twinned crystal for quasi-phasematching[invited].optical materials express,1(7),1367.doi:10.1364/ome.1.001367)。
8、在参数转换的背景下，t.mizushima和coauthors[mizushima et al.:secondharmonic generation with high conversion efficiency and wide temperaturetolerance by multipass scheme,in appl.phys.express 1,p.32003(2008).doi:10.1143/apex.1.032003]试图通过将激光辐射置于多通道单元内来增加激光辐射在非线性光学介质中的通过次数，从而增加非线性相互作用的长度。它由一对凹面镜组成。然而，所提出的方案在其适用性方面受到限制，因为多个激光束从具有空间分离的多通道装置中耦合出，这使得所提供的应用的有用应用要求很高。单独向外耦合的光束数等于泵浦辐射从其中一个镜子反射的次数。此外，厚度为1mm的薄ppln非线性光学介质的使用仅在非线性元件的平面内限制了多通道。
9、在tetsuo等人的工作中:a novel multipass scheme for enhancement ofsecond harmonic generation 19(23),p.22692(2011)，表明了激光辐射通过非共线相位匹配配置中的非线性元件的两次传输是可能的。然而，该解决方案没有提供实现激光辐射大量通过非线性光学介质的解决方案。在marc hanna等人的出版物“hybrid pulsepropagation model and quasi-phase-matched four-wave mixing in multipasscells”,j.opt.soc.am.b 37,2982-2988(2020)，作者提出了实现四波相互作用的可能性，根据定义，四波相互作用是充气多通道单元中qpm模式下的基于χ(3)的非线性过程。
10、因此，该问题涉及提供一种用于激光辐射的有效非线性光学频率转换的方法和设备，从而允许使用具有中等强度的激光辐射和/或使用具有中等非线性极化率的非线性光学介质。
技术实现思路
1、该问题通过具有各个独立权利要求的特征的方法、设备和用途来解决。在从属权利要求和说明书中提供了可选实施例。
2、一个实施例涉及一种用于激光辐射的非线性光学频率转换的设备。该设备包括多通道装置，其被布置成使得耦合到多通道装置中的激光辐射在多通道装置中执行多次往返。该设备还包括非线性光学介质，该非线性光学介质至少部分地设置在多通道装置内，使得耦合到多通道装置中的激光辐射至少在几次往返中穿过非线性光学介质，从而基于非线性光学介质的二阶极化率χ(2)，执行非线性光学转换，该非线性光学转换使得穿过非线性光学介质传播的激光辐射的一部分转换为频率转换分量。该设备被配置成使得激光辐射和频率转换分量在多通道装置中沿着包括至少五次穿过非线性光学介质的公共光束路径传播。
3、另一实施例涉及一种激光系统，其包括根据前述权利要求中任一项所述的用于激光辐射的非线性光学转换的设备。
4、另一个实施例涉及多通道装置的用途，该多通道装置将耦合到多通道装置中的激光辐射非线性光学频率地转换成频率转换分量，其中多通道装置被配置成使得耦合到多通道装置中的激光辐射在多通道装置中执行多次往返。激光辐射至少在几次往返中穿过至少部分设置在多通道装置内的非线性光学介质，以基于非线性光学介质的二阶极化率χ(2本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于激光辐射(102)的非线性光学频率转换的设备(100)，所述设备包括：
2.根据权利要求1所述的设备(100)，其中，在穿过非线性光学介质(118)的至少五次穿过的每次穿过中，激光辐射(102)和频率转换分量(104)同心地集中在非线性光学介质(118)的不同位置。
3.根据权利要求1或2所述的设备(100)，其中，多通道装置(110)布置成使得耦合到多通道装置(110)中的激光辐射(102)在多通道装置(110)中执行至少10次往返，并且可选地，执行不超过100次往返，并且其中，可选地，所述公共光束路径至少10次穿过非线性光学介质(118)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的设备(100)，其中，激光辐射(102)转换为频率转换分量(104)的非线性光学转换基本上仅基于非线性光学介质(118)的二阶极化率χ(2)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的设备(100)，其中，激光辐射(102)转换为频率转换分量(104)的非线性光学转换基于三波混频，并且可选地，基于以下非线性光学过程中的至少一个：二次谐波生成、和频生成、
6.根据前述权利要求中任一项所述的设备(100)，其中，所述设备(100)能够配置成在几个往返中的每一个往返中调整激光辐射(102)和频率转换分量(104)之间的相位匹配。
7.根据权利要求6所述的设备(100)，其中，相位匹配是能够调整的，以便增强和/或优化激光辐射(102)转换为频率转换分量(104)的非线性光学转换。
8.根据前述权利要求中任一项所述的设备(100)，还包括线性光学介质(120)，其至少部分地布置在多通道装置(110)内，使得激光辐射(102)至少在几次往返中穿过线性介质(120)，在激光辐射穿过线性介质的几次往返中，激光辐射(102)穿过非线性光学介质(118)至少一次。
9.根据权利要求8所述的设备(100)，其中，所述线性光学介质(120)包括真空和/或气体介质和/或固态线性光学介质，并且其中，所述设备(100)能够配置成通过调整线性光学介质(120)中的光学路径长度来调整相位匹配。
10.根据权利要求9所述的设备(100)，其中，所述多通道装置(110)至少具有第一镜子(116)和第二镜子(116)，并且在每次往返中，激光辐射(102)从第一镜子(116)到第二镜子(116)至少反射一次，并且从第二镜子(116)到第一镜子(116)至少反射一次。
11.根据权利要求10所述的设备(100)，其中，第一镜子(116)和第二镜子(116)对于激光辐射(102)和频率转换分量(104)具有高反射性。
12.根据权利要求10或11所述的设备(100)，其中，所述设备(100)适于允许第一镜子(116)和第二镜子(116)之间的距离变化，以调整线性光学介质(120)的光学长度。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的设备(100)，其中，所述第一镜子(116)和/或所述第二镜子(116)适于至少部分地调整激光辐射(102)和频率转换分量(104)之间的相位匹配。
14.根据权利要求13所述的设备(100)，其中，第一镜子(116)和第二镜子(116)包括色散涂层，其用于至少部分地调整激光辐射(102)和频率转换分量(104)之间的相位匹配。
15.根据权利要求10至14中任一项所述的设备(100)，其中，第一镜子(116)和第二镜子(116)是曲面镜。
16.根据权利要求15所述的设备(100)，其中，第一镜子(116)和第二镜子(116)都具有凹面曲率。
17.根据权利要求15所述的设备(100)，其中，第一镜子(116)和第二镜子(116)中的一个具有凹面曲率，而第一镜子(116)和第二镜子(116)中的另一个具有凸面曲率。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的设备(100)，其中，第一镜子(116)的曲率半径不同于第二镜子(116)的曲率半径。
19.根据权利要求18所述的设备(100)，其中，多通道装置(110)具有非对称的布置。
20.根据权利要求8至19中任一项所述的设备(100)，其中，线性介质(120)包括气态线性光学介质，并且其中，所述设备适于允许气态线性光学介质的压力和/或温度进行变化，以调整线性光学介质(120)的光学长度。
21.根据权利要求8至20中任一项所述的设备(100)，其中，所述线性光学介质(120)包括至少一种固态线性光学介质，并且其中，所述设备适于允许固态线...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于激光辐射(102)的非线性光学频率转换的设备(100)，所述设备包括：
2.根据权利要求1所述的设备(100)，其中，在穿过非线性光学介质(118)的至少五次穿过的每次穿过中，激光辐射(102)和频率转换分量(104)同心地集中在非线性光学介质(118)的不同位置。
3.根据权利要求1或2所述的设备(100)，其中，多通道装置(110)布置成使得耦合到多通道装置(110)中的激光辐射(102)在多通道装置(110)中执行至少10次往返，并且可选地，执行不超过100次往返，并且其中，可选地，所述公共光束路径至少10次穿过非线性光学介质(118)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的设备(100)，其中，激光辐射(102)转换为频率转换分量(104)的非线性光学转换基本上仅基于非线性光学介质(118)的二阶极化率χ(2)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的设备(100)，其中，激光辐射(102)转换为频率转换分量(104)的非线性光学转换基于三波混频，并且可选地，基于以下非线性光学过程中的至少一个：二次谐波生成、和频生成、光学参数放大、差频生成和光学整流。
6.根据前述权利要求中任一项所述的设备(100)，其中，所述设备(100)能够配置成在几个往返中的每一个往返中调整激光辐射(102)和频率转换分量(104)之间的相位匹配。
7.根据权利要求6所述的设备(100)，其中，相位匹配是能够调整的，以便增强和/或优化激光辐射(102)转换为频率转换分量(104)的非线性光学转换。
8.根据前述权利要求中任一项所述的设备(100)，还包括线性光学介质(120)，其至少部分地布置在多通道装置(110)内，使得激光辐射(102)至少在几次往返中穿过线性介质(120)，在激光辐射穿过线性介质的几次往返中，激光辐射(102)穿过非线性光学介质(118)至少一次。
9.根据权利要求8所述的设备(100)，其中，所述线性光学介质(120)包括真空和/或气体介质和/或固态线性光学介质，并且其中，所述设备(100)能够配置成通过调整线性光学介质(120)中的光学路径长度来调整相位匹配。
10.根据权利要求9所述的设备(100)，其中，所述多通道装置(110)至少具有第一镜子(116)和第二镜子(116)，并且在每次往返中，激光辐射(102)从第一镜子(116)到第二镜子(116)至少反射一次，并且从第二镜子(116)到第一镜子(116)至少反射一次。
11.根据权利要求10所述的设备(100)，其中，第一镜子(116)和第二镜子(116)对于激光辐射(102)和频率转换分量(104)具有高反射性。
12.根据权利要求10或11所述的设备(100)，其中，所述设备(100)适于允许第一镜子(116)和第二镜子(116)之间的距离变化，以调整线性光学介质(120)的光学长度。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的设备(100)，其中，所述第一镜子(116)和/或所述第二镜子(116)适于至少部分地调整激光辐射(102)和频率转换分量(104)之间的相位匹配。
14.根据权利要求13所述的设备(100)，其中，第一镜子(116)和第二镜子(116)包括色散涂层，其用于至少部分地调整激光辐射(102)和频率转换分量(104)之间的相位匹配。
15.根据权利要求10至14中任一项所述的设备(100)，其中，第一镜子(116)和第二镜子(116)是曲面镜。
16.根据权利要求15所述的设备(100)，其中，第一镜子(116)和第二镜子(116)都具有凹面曲率。
17.根据权利要求15所述的设备(100)，其中，第一镜子(116)和第二镜子(116)中的一个具有凹面曲率，而第一镜子(116)和第二镜子(116)中的另一个具有凸面曲率。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的设备(100)，其中，第一镜子(116)的曲率半径不同于第二镜子(116)的曲率半径。
19.根据权利要求18所述的设备(100)，其中，多通道装置(110)具有非对称的布置。
20.根据权利要求8至19中任一项所述的设备(100)，其中，线性介质(120)包括气态线性光学介质，并且其中，所述设备适于允许气态线性光学介质的压力和/或温度进行变化，以调整线性光学介质(120)的光学长度。
21.根据权利要求8至20中任一项所述的设备(100)，其中，所述线性光学介质(120)包括至少一种固态线性光学介质，并且其中，所述设备适于允许固态线性介质相对于所述激光辐射的光学路径的角度进行变化，以调整线性光学介质(120)的光学长度。
22.根据前述权利要求中任一项所述的设备(100)，其中，所述非线性光学介质(118)包括各向同性的固态非线性光学介质或由各向同性的固态非线性光学介质组成，所述各向同性的固态非线性光学介质特别是zns和/或znse和/或znte和/或cdte和/或inp和/或inas和/或insb和/或gap和/或gasb和/或gaas。
23.根据权利要求15所述的设备(100)，其中，非线性光学介质(118)具有0.2pm/v或更高的非线性系数deff。
24.根据前述权利要求中任一项所述的设备(100)，其中，非线性光学介质(118)包括各向异性的固态非线性光学介质或由各向异性的固态非线性光学介质组成，所述各向异性的固态非线性光学介质特别是b-ba(bo2)...
【专利技术属性】
技术研发人员：O·普罗宁，K·弗里奇，V·哈里顿，N·科瓦连科，
申请(专利权)人：汉堡联邦国防军大学，
类型：发明
国别省市：
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